研究開発された技術紹介

自動車産業では、燃料電池の電極触媒や排気ガス触媒に使用するPT(白金)などのレアメタルに関し、省資材化・低コスト化が求められている。本研究では、樹脂や酸化物金属のナノ粒子基材の表面へのPT成膜技術を確立し、その表面構造の改質を行い、PTと同等の触媒効率を実現する。これにより、燃料電池ではPTの使用量を従来の1／10に削減し、地球資源保護及び我が国自動車の低コスト化、国際競争力の向上などに貢献する

自動車向け車載用燃料電池触媒及び排気ガス触媒において、Pt、Ru等のレアメタルの使用量を大幅に削減する「Pt成膜ナノ粒子」の成膜プロセスの確立とマルチアシスト成膜装置の開発を行う
(新技術)
・Pt、Ru等のレアメタルのナノ粒子使用量を大幅に削減する「Pt成膜ナノ粒子」の成膜プロセスを確立する
・マルチアシスト成膜装置を開発する
(新技術の特徴)
・大幅な資源(レアメタル)使用量の削減が可能になる
・添加剤が不要で、合成工程での廃液が発生しない

・ナノ粒子(コア材)選定
‐スパッタとアニーリングとの組合せによる平板上でのコアシェル構造
形成を実施した
・ナノ粒子への成膜技術開発
‐逆スパッタ機構及び泳動アシスト機構の影響を検討した
‐分圧制御によるナノ粒子形成及び成膜技術も検討した
・ナノ粒子成膜を実現する装置の開発
‐新成膜機構の装置特性(プラズマ特性モニタリング、逆スパッタプラ
ズマ特性、など)を評価した
・ナノ粒子への成膜と評価

・高エネルギー密度な新型二次電池の正極材、負極材をはじめとした粉体材料開発用実験装置(現時点で提供可能)
・燃料電池用触媒や排ガス触媒材料の作製装置(将来的に提供可能)

・微細化による質量活性の最適化には至っていないものの、燃料極と空気極において従来のPt/C触媒と同等、それ以上の質量活性を得るスパッタリングプロセスの知見を獲得した
・コア粒子材料の選定、スパッタリング薄膜成長過程、コア材とPtの複合構造と電子状態の解明は実用化に向けた事業終了後の課題である

・触媒コストを低減
‐従来のレアメタル触媒は、触媒活性に寄与しない部分にもレアメタルを使用していたことでコストがかかっていた
‐ナノ粒子への成膜技術を開発したことにより、触媒活性に寄与しない部分でのレアメタル使用量を減らし、触媒に要するコストの削減に寄与することが可能になった
・廃液の処理コストの低減
‐従来のレアメタル触媒の製造工程として主流である液相還元法は、添加物が不可欠であり、また合成に伴って廃液が発生していた
‐触媒合成時に発生する廃液をなくすことで、廃液の処理コストを削減することができるようになった
・粉体材料開発用実験機としての汎用性により開発コストを削減
‐マルチアシスト方式により、樹脂、金属、無機材料等の幅広いコア材への成膜を可能にした
‐多様な粉体へ成膜可能な実験機を提供することで、顧客の材料開発の自由度拡大とコスト削減ができるようになった

・ナノ粒子への成膜技術について引き続き開発をおこなうとともに、自動車メーカーや材料メーカーからの需要に応えるため、μmオーダーの微粒子に成膜可能な仕様についても開発を進めている
・現段階では、機密性の高い材料開発に対応する実験機として本装置の販売促進をおこなっているが、今後さらに小型化をおこなうことで、使いやすさや導入のしやすさを向上させる予定である
・また、実験機によって知見と実績を高めた上で、生産機の本格的な開発へと移行していく予定である