FCV用燃料電池の現状と課題FCV課題共有フォーラム-4- Toyota/ MIRAI Specification...

-1-FCV課題共有フォーラム

第1部FCV用燃料電池の現状と課題


普及に必要な対策課題

スタック

低コスト化

生産性の向上・電解質膜：合成プロセスの開発・電極触媒：大量生産技術・MEA ：CCM Roll to roll, GDL一体成型・セパレータ：低コストセパレータの生産性向上・ガスケット：高速成型

触媒貴金属量（Pt）の低減電流密度アップによる構成部材の使用量低減水素バリア性の向上（電解質膜）不純物耐性の向上（電解質/触媒）ラジカル生成を抑制するアノード触媒技術金属セパレータの耐食性（表面処理）と電気伝導性の両立

高性能化

高温低加湿作動化（電解質）プロトン伝導性の向上（電解質）触媒活性・利用率の向上（触媒担体・触媒）酸素輸送性の向上（電極アイオノマー・GDL）

タンク CF、ライナー材の低コスト化低コスト高速硬化樹脂の開発

周辺機器エアコンプレッサ、W/Pの低コスト化スタック高温作動化に伴う冷却システムの簡素化加湿器の高温化

基盤規格国際標準化（ISO）評価プロトコル計測/解析技術

高耐久化

材料・部品の高性能化・高耐久化がスタックの低コスト化に繋がる


FCスタックの構成

スタック

セル

セパレータ

高分子電解質膜

アノード触媒（層）

MEA；Membrane-Electrode Assembly

GDL

カソード触媒（層）


Toyota/ MIRAI

Specification

Fuel Cell Power 110kW

Driving range 650km※1

Number of passengers 4

※1 Driving in JC08 mode, figure measured by Toyota

※2 Difference in filling pressure and external air temperature may result in difference in filling time.

Specification

Hydrogen tank

filling pressure70MPa

Hydrogen filling time Around 3min※ 2


３Dファインメッシュ流路により、排水性（誘引導水強化）とガス拡散性（乱流性）を向上させ、セル面内の発電分布を均一化させることで高性能化を実現。

水素

水素

空気空気

空気流れ水素流れ

3Dファインメッシュ流路セル（MIRAI)溝型流路セル（2008年）

セル構造/ MIRAI


MEAにおける①電解質膜の薄膜化、②GDLのガス拡散性向上、③触媒の高活性化により電極反応を促進させ、セルとして電流密度を2.4倍に改善した。

ガス拡散層：基材の低密度化・薄層化

⇒ガス拡散性を2倍に向上

触媒層：反応性の高いPt/Co合金触媒

⇒活性を1.8倍に向上

電解質膜：1/3に薄膜化

⇒プロトン伝導性を3倍に向上

MEA：Membrane Electrode Assembly

発電性能の向上/ MIRAI


Specification

Fuel Cell Power 103kW

Driving range 750km※1

Number of passengers 5

※1 Driving in JC08 mode, figure measured by Honda

※2 Difference in filling pressure and external air temperature may result in difference in filling time.

Specification

Hydrogen tank

filling pressure70MPa

Hydrogen filling time Around 3min※ 2

Honda CLARITY FUEL CELLは燃料電池システムをフロントに搭載することで5人乗りのセダンを、70MPaの水素タンクを導入することで750kmの航続距離と約3分の充填時間を実現させた。

Honda CLARITY FUEL CELL


CLARITY FUEL CELL/セル構造

2枚のMEAと3枚のセパレータで１ユニット(２セル)を構成する冷却構造と凝縮水を低減したことで、1セルあたりの厚さ1mmを実現した。

●２セル冷却構造

水素冷媒空気

MEAセパレーターMEA

セパレータ

冷媒

水素空気

MEA

MEA水素

1m

m1

mm

20% down

従来モデル

水素空気

空気

冷媒

冷媒

セパレーター

セパレーター

セパレーター


セパレータの溝ピッチを小さくすることで、セパレータとMEAの接触部を小さくし水の蓄積を減少させ、ガスの拡散性を向上させた。この効果により1.5倍の高電流密度化を達成した。

Current (A)

CLARITY FUEL CELL

FCX Clarity

50%up

50

%u

p

Ce

llvo

lta

ge

(V

)

Po

wer

(W)

CLARITY FUEL CELL/発電性能の向上


パワートレインサイズ(共通課題)

燃料電池パワートレインの小型化によりV6エンジン相当のサイズを実現したが、最大出力はまだV6エンジンの半分。現状の耐久性を維持・向上させながら、更なる出力密度の向上を進める必要がある。

燃料電池パワートレイン

V6 3.5Lエンジン

866

700

622

880

720

680

103kW

206kW


スタック領域研究／開発項目


スタック領域研究/開発項目

スタック領域の中でもMEAに関する研究/開発アイテムが多数を占める。

1 電解質膜・アイオノマ電解質材料の高耐久化（高温耐性、機械的劣化、化学的劣化）

2 両方化学劣化抑制

3 両方ラジカルクエンチャー固定化

4 両方高性能ラジカルクエンチャー

5 両方高温劣化抑制

6 膜特有機械的特性劣化抑制（基本強度向上、乾湿寸法安定）

7 膜特有低コスト補強体

8 濃度分極軽減技術及び材料（酸素等の触媒反応物質移動）

9 アイオノマ特有高ガス透過性アイオノマー

10 プロトン輸送能力向上材料（高温・低湿/無加湿）

11 両方プロトン輸送能力向上材料（低EW）

12 両方新プロトン輸送機構材料（無水電解質）

13 触媒への吸着抑制

14 アイオノマ特有低被毒性アイオノマ

15 膜特有水素・酸素透過抑制材料

16 触媒活性向上（HOR特性）

17 ★３）触媒利用率向上

18 An触媒・電極ラジカル低減触媒・電極

19 ★７）低ORR触媒

20

21 Pt粒径シンタリング抑制

22

23 低ストイキ（高電位）耐性向上触媒・電極

24 ★４）高電位耐性向上触媒・電極

25 触媒担体劣化抑制

26 非炭素担体材料

27 高水電解活性触媒

28 ★２）水素品質対応触媒・電極（アノード耐被毒）

29 ★１）空気品質対応触媒・電極（ソーク時）

30

31 ★５）非金属触媒（Ptレス）

32 非貴金属触媒（Ptレス）のラジカル発生抑制

33 ★６）Pt回収（リサイクル技術）

34 Ca触媒（PtC）触媒活性向上（ORR活性）(Ptベース)

35 ★３）触媒利用率向上(Ptベース)

36 高電流密度対応触媒層（ガス拡散経路＋電子伝導経路構造）

37 ★４）逆電位による劣化抑制（高電位耐久性向上）



40 Pt溶解抑制

41 高温低湿での担体材料酸化耐性向上

42 ★１）空気品質対応触媒・電極（カソード耐被毒）

43 ★２）水素品質対応触媒・電極（ソーク時）

44


46


48 触媒（正負分類なし）触媒劣化抑制（Pt粒径シンタリング、マイグレーション）

49

50

51

52

53 ★７）過酸化水素分解及び発生の抑制材料および技術

54

55 ★１）触媒活性の大気コンタミ耐性向上

56

57

58 GDL＆MPL 高ガス透過・拡散性材料

59 高ガス透過性材料（濃度分極＆圧損ばらつき低減）

60 熱伝導率

61 透水圧

62 低電気抵抗材料（接触抵抗低減）

63 高温＆高電位劣化抑制材料

64 接触角（水濡れ性）

65 平滑度

66 低コストGDL基材

67 MPL 基材（GDL）レスシート材料

68 電解質膜保護とガス拡散性の両立

69 MEA（CCM) 貴金属使用量大幅低減（～0.03gPt/kW)

70 耐久性向上

71 最大作動温度向上（～120℃）

72 最大負荷点の高電位化（～0.85V）

73 セル内シール低ガス透過性

74 低冷媒透過性

75 クリープ特性

76 低溶出材料（0V-1V)触媒被毒レス

77 成形性（短時間接着材料）

78 セル間シール（サブガスケット）低ガス透過性

79 耐熱性

80 疲労耐性（差圧等による変形）(温度変化による応力耐性）



83 ガスケット高温度範囲対応（-40～120℃）材料

84 高速硬化材料

85 シール高速生産確立

86 低コスト・高安定シール材

87 セパレータ低抵抗材料

88 低溶出材料（0V-1V)

89 シール性能

90 プレス成形性

91 材質耐高温・高電位低コスト材料（SUS、カーボン）

92 高温・高電位耐性材料（Ti）低コスト化

93 表面処理低抵抗（接触抵抗）材料

94 金属箔（Roll）状態での連続表面処理技術

95 プレス後の表面処理（歪レス）

96 材料形態 Roll to Roll　生産対応形態と機能要求両立

97 幅広（多条取りシート：Roll）と要求仕様両立

98 高速生産：Roll to Roll

99 材料触媒量産体制確立

100 担体量産体制確立

101 セパレータ材連続生産（表面処理含）確立

102 物質？輸送現象 MEA中の水・ガス・プロトン輸送現象解明

103 零下起動時のMEA中の水・ガス・プロトン輸送現象解明（want）

104 MPL/CL界面の液水・電子・熱移動解析

105 GDL基材/セパレータ界面の電子・熱移動解析

106 高精度測定高精度計量技術（触媒表面積、担持量、プロトン伝導度、ガス透過性）

107 活性触媒ORR活性発現メカニズム解明＆支配因子/阻害因子の明確化

108 触媒活性高精度評価技術

109 電極表面反応機構の解明

110 プロセス触媒層構造安定形成技術（低担持量均一形成）

111 新材料の電極構造形成メカニズムの解明

112 触媒インク（原材料）安定化技術

113 劣化機構ＭＥＡ劣化解析技術（高精度部位特定）

114 ＭＥＡ劣化モデリング技術（触媒、電解質、ＧＤＬ）

115 電解質膜劣化機構の解明

116 電極触媒劣化機構の解明

117 高温高温下までのMEAセル・部材評価手法

118 ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ量子化学・電気化学・流体力学に基づいた計算手法の開発

119 究極の電極構造、材料物性のSimによる提示




















20


22








30










40 Pt溶解抑制




44


46



49

50

51

52


54


56

57



60 熱伝導率

61 透水圧




65 平滑度





70 耐久性向上









79 耐熱性










89 シール性能


















































20


22








30










40 Pt溶解抑制




44


46



49

50

51

52


54


56

57



60 熱伝導率

61 透水圧




65 平滑度





70 耐久性向上









79 耐熱性










89 シール性能































スタック領域課題一覧本フォーラム第二部でFCCJより提示された「取り組むべきテーマ案」を参考に作成

MEA関連の研究/開発アイテム


カテゴリ項目現状問題点報告

耐久性向上電解質膜の耐久性向上

ラジカルクエンチャー添加膜

・クエンチャー移動による偏在

・クエンチャ性能不足 Honda

Feコンタミによる膜劣化

・Feコンタミ排除による高コスト化

運転温度の高温化

高温DRYに対する電解質膜のプロトン伝導性向上

高スルホン酸密度化（低EW）

・性能不足・耐久性悪化

Toyota

Pt使用量の低減化

耐久性向上

メソ孔触媒担体による高性能化市販カーボンブラック(中実/中空構造)

・構造設計と最適化・高コスト

Toyota

Air由来のコンタミ耐性向上(電解質劣化成分による被毒を含む)

Airフィルタ設置・電解質劣化成分による被毒

・コンタミ耐性不足・性能復帰処理

Honda

水素由来のコンタミ耐性向上高純度の水素を使用

第一世代開発を通じて抽出された共通課題の中から、上記項目について説明いたします。

MEA領域共通課題


１．電解質膜の耐久性向上

電解質膜


電解質膜の化学安定性低下理由

A. Kusoglu et al., Chem. Rev.,

117, 987 (2017).

L. Gublera et al., ECS Transactions, 41, 1431(2011).

高分子電解質の化学劣化

ラジカル

過酸化水素

スルホン酸

Feによるラジカル生成加速

電解質分解速度

Feコンタミ量

S. Hommura et al.,

J. Electrochem. Soc.,

155, A29(2008).


■ラジカルクエンチャーによる膜劣化抑制

運転中の移動

膜厚方向の移動

面方向の移動

電流密度の低いアイドル状態での膜劣化を抑制する為、ラジカルクエンチャーは必須

① 初期クエンチャー添加量は出力目標から設定

② 運転中のクエンチャー移動は大きな課題

0

10

20

30

40

50

60

クエンチャー添加量 / (μg/cm2)

＜膜単体抵抗＞

RH30%

膜抵

抗/

(mΩ

cm

2)

RH50%

RH65%RH80%

0.725

0.73

0.735

0.74

0.745

クエンチャー添加量 / (μg/cm2)

端子

電圧

/ V

ラジカルクエンチャー

■クエンチャー量の設定

＜発電性能＞

クエンチャー量の増加に伴い抵抗増加し、出力低下クエンチャー移動(特に面方向の移動)は大きな課題

0

2

4

6

8

10

0.0 0.1 0.2 0.3

膜劣

化速

度

電流密度 / (A/cm2)

ラジカルクエンチャーなし

ラジカルクエンチャーあり


電解質膜限界性試験

X線透視像

クエンチャーMap

総合耐久2年総合耐久10年

電顕像

クエンチャーMap

運転中のクエンチャー移動

膜厚方向のクエンチャー移動面方向のクエンチャー移動

総合耐久2年でクエンチャーは膜中のCa側に移動An側の劣化に対しては抑制効果が得られない状態

Ca

膜の含水量分布によりクエンチャーが移動し、クエンチャー量低下部が発生。クエンチャー量低下部は耐久性低下。

PEM CaPEM

電解質膜の発電耐久後の変化

膜厚/面内方向のラジカルクエンチャー移動抑制と、高機能ラジカルクエンチャー(膜劣化と発電機能の両立)の研究・開発が必要である。

膜厚減少部


■ Fe粒子コンタミによる電解質膜の劣化

Fe粒子溶解 ⇒ 電解質中を拡散しながらフェントン反応によるラジカル発生で電解質劣化を加速

Fe粒子混入部の劣化無し Fe粒子混入部の劣化発生

Feコンタミによる電解質膜の劣化加速


Feコンタミによる電解質膜の劣化加速

00.2

0.40.6

0.81.0

00.2

0.40.6

0.81.0

0

Accele

rati

ng

facto

r

Iron Particle Conc. IronPEM thinning

Durability

test

XRT Image of MEA

a cb a cb

high

Low

: Experimental data

電解質膜上で鉄の微粒子は鉄イオンとなり電解質膜の劣化の加速原因となる。耐久信頼性の向上、コスト低減化の為、ラジカルクエンチャーの研究/開発に加えFeコンタミの低減化も必要。

■ Fe粒子コンタミによる電解質膜の劣化

■ Feとラジカルクエンチャーの交互作用


■ Feによるラジカル生成加速


２．高温作動化

電解質膜


＜過酸化水素暴露法試験＞• Exposed 3wt.%H2O2,

105℃x 5hr, N2=0.3L/min（RH=32%）

• Additives 3% Ce3+/SO3-• 38ppm Fe2+ for AST

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

電解質膜分解速度

,FER

(μg

/cm

2/h

r)

スルホン酸密度, Mem. IEC (meq/g)

高温作動化を狙った電解質膜の高IEC化（＝高スルホン酸密度化）により、FER（フッ素排出速度）が上昇する傾向。電解質膜の化学的安定性が低下したため。

課題：高温作動膜の化学安定性

スタック高温作動化に有利

耐久に不利


（再掲）電解質膜の化学安定性

A. Kusoglu et al., Chem. Rev.,

117, 987 (2017).


高分子電解質の化学劣化

ラジカル

過酸化水素

スルホン酸

Feによるラジカル生成加速

電解質分解速度

Feコンタミ量

S. Hommura et al.,

J. Electrochem. Soc.,

155, A29(2008).


電解質膜加速破壊試験（トヨタ結果）

アノード側から電解質化学劣化による膜痩せが起っている傾向


A. Ohma et al., J. Electrochem. Soc., 154,

757(2007).

過酸化水素生成機構電解質膜分解速度

アノードの水素電位付近で透過酸素の2電子還元反応（O2+2H++2e- H2O2）による過酸

化水素生成が促進

M. Inaba et al., Electrochem. Solid-State Lett.,

7, A474 (2004).

過酸化水素生成

電極電位


過酸化水素の生成抑制

過酸化水素起因のラジカルを消去

電解質の化学劣化抑制

ラジカルクエンチ剤

2電子反応が起り難いアノード触媒・電極

酸素還元反応し難いアノード触媒・電極

高分子の化学耐力向上高分子構造改良

V. Prabhakaran et al., PNAS, 109, 1029 (2012 ).

酸素を透過し難い電解質膜

電解質膜化学劣化抑制の対策

高温作動化


３．触媒担体

カソード触媒層


米DOEにおけるメソ孔担体の検討例

A. Kongkanand et al., 2018 Annual Merit Review and Peer Evaluation, FC144.


アイオノマー特異吸着による触媒活性低下

K. Kodama et al., ECAT2016 presentation


アイオノマー構造による触媒被毒感度

K. Kodama et al., ECAT2016 presentation


米DOEにおけるメソ孔担体の検討例

A. Kongkanand et al., 2018 Annual Merit Review and Peer Evaluation, FC144.


トヨタでもDOEと同様の結果が得られており、メソ孔担体コンセプトを支持。残りの担体設計余地を取り切るとともに、材料の低コスト化を進めたい。

トヨタにおけるメソ孔担体の検討結果

M. Hori et al., 224th ECS Meeting, #1500 (2013).


４．触媒被毒

カソード触媒層

アノード触媒層


●Long Beach実測データ

●NO2の影響検証

NO2による性能低下は一時的であるため、市場の濃度推移では耐久影響はない。

コンタミ種可逆不可逆

劣化開始濃度（単体耐久）

コンタミ計測結果

コンタミの耐久影響

計測場所

NOx 可逆７0ppb以上

Max 159ppb 無し※Long Beach

Ave 18ppb 無し

NO2の晒された時間と同様の時間で性能が回復

白金 NO2

400ppbのﾃﾞｰﾀ

70ppb以上のNO2に晒されるのは206min中3min程度

性能が回復するのに十分な低濃度の時間を得られるため、NO2の耐久影響はない

性能低下

性能低下無

2min

1min

206min

トラックの後ろや交差点付近でNO2濃度が高い

70ppb

出力

低下

増加

割合

[kW

/hr] トラックの後ろなど通常

初期 NO2 ｸﾘｰﾝｴｱｰ

ﾍﾞｰｽ線

出力

[kW

]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

NO

2濃

度[p

pb]

●NO2影響確認結果

大気中不純物による性能劣化


・硫黄系コンタミによる不可逆の性能低下が発生する。・現状はスタックの性能維持・長寿命化のため硫黄系コンタミを除去するデバイスが必要となる。・硫黄系コンタミは外気由来だけでなく、電解質分解物による触媒被毒も大きな課題となっている。

●硫黄系の出力低下影響 (不可逆劣化)●温泉地でのSO2、H2S濃度

温泉地で12.4kmを30km/h(24分間)で通勤コンタミ区間は内8分間 10年で666hr と想定

SO2によって10年で2kWH2Sで3.7kWの性能低下が想定される

都市部

H2S

SO2劣化

増加

量[k

W/1

0年

]

観測点でのSO2 H2S 平均

Ave 31ppb

Ave 33ppb

観測点濃度@2006年

SO

2濃

度（

ppb）

●硫黄系コンタミの影響検討

大気中不純物による性能劣化


性能回復処理について

● 電解質分解物(硫黄系)による性能劣化

～電解質膜劣化耐久中の性能推移～

性能回復処理：Voltage Recovery (VR)

●硫黄系コンタミによる触媒被毒

～硫酸イオンのPt表面への吸着特性～

A. Kolics and A. Wieckowski, J. Phys. Chem. B , 105, 2588 (2001)

Pt

H2O SO42-

SO42-吸着

(触媒被毒)

SO42-脱離

(性能回復)

・650mV以上でSO42-がPt上に吸着

・吸着SO42-を脱離させるためには低電位にする必要がある

VR VRVR

0.665

0.670

0.675

0.680

0.685

0 50 100 150

Cell

Voltage /

V

Durability hour

VRによりコンタミにより性能(Ca ECSA)が回復

70

90

Initial Poisoned after VR

Ca E

CSA /

%

Poisoned

Initial

VR

硫黄系コンタミによる性能低下課題を解決するため、電極・触媒のコンタミ耐性向上に加え、車載上で適用できる効率的な性能回復処理方法の研究が求められる。また、電解質の分解成分による触媒被毒も課題である。

FCV課題共有フォーラム


CharacteristicsISO14687-2: 2012

Type 1, Grade D

Hydrogen Fuel Index 99.97 %

Total hydrocarbons

(C1 basis)2 ppm

Water (H2O) 5 ppm

Oxygen (O2) 5 ppm

He 300 ppm

N2, Ar 100 ppm

Carbon dioxide (CO2) 2 ppm

Carbon monoxide (CO) 0.2 ppm

Total sulfur compounds 0.004 ppm

Formaldehyde 0.01 ppm

Formic acid 0.2 ppm

Ammonia 0.1 ppm

Total halogenated

compounds0.05 ppm

Specification in ISO 14687-2

Imp

uri

tie

s

水素中硫黄成分について

An触媒もCa触媒同様、硫黄系コンタミによる性能低下が発生する為、高い基準を設定


0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 10 20 30 40

端子

電圧

(@1.5

A/c

m2)

/ V

耐久時間 / hr

H2S コンタミによる性能劣化について

H2Sコンタミ試験結果

将来の触媒量低減やFCV以外の用途展開を考慮するとAn側でも電極・触媒のコンタミ耐性向上、車載上で適用できる効率的な性能回復処理方法の研究が必要。

20ppb H2S ~40 hrs

An Pt量：0.05mg/cm2

(22cm2/cm2)

水素中硫黄成分について

1.5 A/cm2連続耐久のH2ガスに20ppbのH2Sをコンタミ

0.3

0.5

0.7

端子

電圧

(@1.5

A/c

m2)

/ V

H2Sコンタミで性能低下、純H2に戻しても初期性能まで復帰せず

H2SコンタミでAn、Ca両方の触媒が被毒

JARI(2010年)

H2Sコンタミ前

H2Sコンタミ後

OCV処理後

性能復帰処理後

触媒被毒

An側硫黄成分脱離

Ca側硫黄成分脱離

・OCV処理(30 min)により劣化回復を確認⇒ 性能復帰処理(WET＋Ca低電位)で完全回復


スタック領域研究／開発項目

※ 本フォーラム第二部でFCCJより提示された「取り組むべきテーマ案」より抜粋


取り組みテーマ

実用技術開発ラジカルクエンチ技術(高性能化、移動抑制)

実用化に向けた開発・技術実証

化学劣化抑制ﾌﾟﾛﾄﾝ輸送能力向上(低EW)酸素透過向上(アイオノマ)機械劣化抑制(膜)ガス透過抑制(膜)HC膜(機械耐久向上、H2ﾊﾞﾘｱ性向上)

要素技術開発高温対応技術(100～120℃)・ガス透過抑制技術・高温劣化抑制技術・酸素透過向上技術

機械的要因による劣化抑制技術プロトン伝導性向上技術

ｼｰｽﾞ探索研究・基盤研究 ※

新ﾌﾟﾛﾄﾝ輸送機構(無水伝導)材料触媒被毒抑制材料

＜電解質膜・アイオノマ＞


実用技術開発大型車両用超高耐久電極の開発－４０℃低温起動技術開発水素品質対応触媒・電極(ｿｰｸ時、An耐被毒)


電極の高温(100～120℃)/高電位(0.70～0.85V)対応技術・低ストイキ耐性向上触媒・電極・触媒劣化抑制(Pt粒径ｼﾝﾀﾘﾝｸﾞ、ﾏｲｸﾞﾚｰｼｮﾝ)

・触媒利用率向上電極技術・ラジカル低減触媒・電極

要素技術開発高温対応An要素技術(100～120℃)・非炭素耐高電位高酸化・腐食耐性An担体

・An触媒活性向上(高ＨＯＲ)・低ORR・高水電解アノード触媒材

ｼｰｽﾞ探索研究・基盤研究

非金属触媒(Ptレス)H2不純物耐性への対応基盤技術

＜触媒(An・電極)＞

スタック領域研究/開発テーマ案技術開発ステージ：2020～2025

※ 電解質膜のｼｰｽﾞ探索研究・基盤研究の技術開発ステージは2020～2035



実用技術開発貴金属リサイクル技術確立空気品質対応触媒・電極大型車両用カソード触媒高耐久化(担体腐食、貴金属溶解・凝集抑制)


貴金属使用量大幅低減Ca触媒(0.05-0.1gPt/kW、0.7V@3Acm-2)

触媒活性・利用率の向上、等

要素技術開発高温化対応高耐久高活性触媒(100～120℃)・高電位下での活性・利用率向上([email protected] 0.03gPt/kW)

・高電位耐久性向上・高電流密度対応カソード触媒層


非貴金属触媒の探索(革新的高電位高活性触媒)・Ca非貴金属触媒(Ptﾚｽ)のﾗｼﾞｶﾙ発生抑制

高温・高電位対応化基盤技術（解析技術、機構解明(電極表面反応/電極触媒劣化機構）、計算技術）

＜GDL・MPL＞＜触媒(Ca・電極)＞


実用技術開発低コストGDL基材の適用高ガス透過性材料(濃度分極＆圧損ばらつき低減)


低電気抵抗材料(接触抵抗低減)電解質膜保護とガス拡散性の両立した高ガス透過性材料高温対応100℃

要素技術開発基材(GDL)レスシート材料高温運転対応(110℃)材料高温化対応(120℃)材料物性改良(平滑度、熱伝導率等)


高電位化対応(0.85V)材料




実用技術開発低コストシール材料の成形性向上低コストシール材料の適用


高温化対応(100～120℃)シール・ガスケット材料の開発サブガスケット材料の低コスト化低コストシール材料の成形性向上技術(1枚/秒以上)

要素技術開発高温化対応(120℃)シール材料の高耐久化高性能化、高温化、高電位化対応技術(成形性、高速生産性との両立含む)


低コストシール材料の成形性向上低コストシール材料の適用

＜シール(セル内・ガスケット)＞


実用技術開発セパレータ低抵抗材料の適用低ｺｽﾄｾﾊﾟﾚｰﾀ大量生産技術および品質担保手法の確立


高温化対応(100～120℃)の・良プレス成形性材料及び表面処理技術

・低溶出性材料及び表面処理技術・低接触抵抗材料及び表面処理技術・低コスト高温・高電位耐性材料及び表面処理技術

＜セパレータ＞




実用技術開発高速生産技術の確立 (1秒/枚)・電極高速塗工技術の確立・セパレータ高速生産技術の確立・高速積層技術の確立(MEA化、ｾﾙ化、ｾﾙ積層)

高速生産に対応した技術開発・ｼｰﾙ/ｶﾞｽｹｯﾄ材の高速積層対応技術の確立

低コスト・高ロバストなMEA要素の量産技術開発・電解質膜量産技術の確立・担体量産技術の確立・触媒量産技術の確立


要素技術開発超高速化生産技術コンセプト・要素開発（10倍以上）上記内容のさらなる高速化に向けてエージングレス化の向けた技術開発生産装置の共通化（寸法・仕様に対する許容度拡大)


＜量産技術開発＞取り組みテーマ


高耐久化・膜、電極触媒劣化機構のモデル化

性能向上・性能モデルの技術実証

要素技術開発性能向上に向けたプロセス解析・電極形成時の現象と機構解明・エージング現象の解明と機構解析

ｼｰｽﾞ探索研究・基盤研究 ※

高耐久化・MEA劣化解析技術・電解質、電極触媒劣化機構の解明

高電流密度化・水・ガス・プロトン・電子輸送現象

活性向上・触媒ORR活性発現メカニズム解明等

高精度計測・高温下でのMEAセル・部材構造・特性評価手法（100～120℃）

・触媒活性高精度評価技術等SIM ・量子化学・分子度応力学・電気化学等に基づいた計算手法の開発・究極の電極構造、材料物性の提示・原子、分子ﾚﾍﾞﾙでの材料設計手法

＜解析・評価技術開発＞

※ 解析・評価技術開発のシーズ探索研究・基盤研究の技術開発ステージは2020～2035


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