燃料電池電気自動車用
電極触媒
「究極のエコカー」である燃料電池電気自動車(FCEV)に搭載される燃料電池スタック(FCスタック)の出力や、車両の走行距離に対する水素(H2)消費の割合に大きく影響する重要材料が電極触媒です。キャタラーの電極触媒は、FCスタックの出力向上やH2の消費率向上といった課題の克服に寄与し、2014年に発売された世界初の量産型燃料電池電気自動車(FCEV)である「MIRAI」(トヨタ自動車)の性能向上に貢献。2020年にフルモデルチェンジした「MIRAI」にもキャタラーの電極触媒が採用されました。
進化したキャタラーの触媒
キャタラーはトヨタ自動車の新型「MIRAI」(2020年)向けに電極触媒を進化させ、量産を開始しました。新しい電極触媒では、白金コバルト合金粒子(PtCo)をカーボン担体(※)の細孔内に優先的に配置し、PtCoとアイオノマー(※)との接触を抑制。その結果、従来の電極触媒と比較して触媒性能が大幅に向上しました。この性能向上によって白金使用量が大きく減り、燃料電池電気自動車(FCEV)のコスト低減に貢献することができました。
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電極触媒のPtCo粒子の担持位置(100万倍)
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触媒性能データ
※担体
Ptコバルト粒子を小さく高分散化する支持体と電子伝導体の役割を担う
※アイオノマー
触媒中に含まれる高分子電解質。膜と拡散層の接着および化学反応により生成したプロトン(H+)伝導体の役割を担う。
カーボンニュートラル(※)の実現には、ライフスタイルの脱炭素化が欠かせません。そのため、各国・地域で水素(H2)を活用するさまざまな政策が打ち出され、その1つとして燃料電池技術を活用するニーズが高まっています。燃料電池電気自動車(FCEV)はH2を空気中の酸素(O2)と化学反応させて発電しモーターを駆動させるため、二酸化炭素(CO2)を排出せず、排出するのは水(H2O)だけという次世代エコカーです。電極触媒は燃料電池の触媒層でH2とO2の反応を促進させる重要な役割を果たします。
キャタラーの電極触媒は2014年発売の初代「MIRAI」から継続して採用されています。
燃料電池の概要
※カーボンニュートラル
温室効果ガスの排出量と吸収量を均衡させることを意味します。2020年10月、日本政府は2050年までに温室効果ガスの排出を全体としてゼロにする、カーボンニュートラルを目指すことを宣言しました。
詳しくはこちら(カーボンニュートラルとは - 脱炭素ポータル|環境省)
Press Release2021年8月31日
「キャタラーの高性能電極触媒が
トヨタ新型MIRAIに採用」を見る
2021年8月31日
燃料電池電気自動車
(FCEV)とは?
燃料電池電気自動車(FCEV)とは、水素(H2)と酸素(O2)を化学反応させて電気をつくるスタックを搭載し、モーターで走行するクルマです。燃料電池は、燃料としてH2を供給することで、O2との電気化学反応により電気エネルギーを取り出し、電力として利用できます。燃料電池は乾電池などの一次電池や、充電してくり返し使用する二次電池のように、蓄えられた電気を取り出す「電池」とは異なり、電気を継続的に取り出すことができる「発電装置」です。水素を燃料とする燃料電池電気自動車(FCEV)は地球温暖化の原因となる二酸化炭素(CO2)を排出しない「究極のエコカー」と呼ばれています。
燃料電池電気自動車(FCEV)の
メリット
有害ガスを排出しない
燃料電池電気自動車(FCEV)の走行中に排出されるのは、基本的に水(H2O)のみです。温室効果ガス(GreenHouse Gas / GHG)である二酸化炭素(CO2)や、大気汚染物質となる窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、浮遊粒子状物質(PM)の排出はありません。また、ベンゼン(C6H6)やアセトアルデヒド(C2H4O)などの有害大気汚染物質も排出されません。
再生エネルギーを水素として貯留して利用可能
太陽光発電や風力発電などの再生エネルギーは安定して電力供給することが難しく、電力を水素(H2)に変換することで長期保管が可能となります。燃料電池電気自動車(FCEV)は水素(H2)を燃料として用いることができ、再生可能エネルギーを有効に利用できるため、環境への負荷軽減やカーボンニュートラルにも貢献できます。
騒音が少ない
燃料電池電気自動車(FCEV)は、電気化学反応によって発電した電気を使ってモーターを動かすため、内燃機関(ICE)を使った自動車と比べて騒音が低減できます。車内の快適さはもちろん、生活環境にもやさしい車です。
充填時間と走行距離はガソリン車とほとんど同じ
燃料電池電気自動車(FCEV)の水素(H2)充填にかかる時間は3分程度です。長時間の充電が必要な電気自動車(BEV)と違い、燃料電池電気自動車(FCEV)はガソリン内燃機関(ICE)自動車と同様に短時間の燃料充填が可能です。また、1回の充填による走行距離も630~850kmとBEVよりは長く、将来はガソリン内燃機関(ICE)自動車と同程度になります。
非常用電源になる
電力を外部に供給できる機能を備えている車種では、災害時には車両そのものを非常用電源装置として利用することができます。
燃料電池電気自動車の
走るしくみ
燃料電池電気自動車(FCEV)は、内燃機関(ICE)を使ったクルマと違い、水素(H2)と酸素(O2)の化学反応でつくった電気によりモーターを動かして走行します。水素タンクに貯めておいたH2を燃料電池(FCスタック)内でO2と結びつけて発電し、モーターを回して車を走らせます。
STEP.01
水素を燃料として搭載し、
大気中から酸素を供給
STEP.02
水素と酸素を化学反応させて
「電気エネルギー」を取り出す
FCスタックイメージ提供:トヨタ自動車
STEP.03
FCスタックからモーターに送電し、
車をスタート
FCスタックイメージ提供:トヨタ自動車
横にスワイプ→で表をご覧いただけます。
- ※ FCスタックおよび駆動用バッテリーの状態、エアコンの使用状況や運転方法、道路状況などによっては動作が異なる場合があります。
- ※ 回生とは、減速時に車両の運動エネルギーを電力に変換すること。
FCスタックのしくみと
電極触媒
燃料電池電気自動車(FCEV)が発電をおこなう部分はFCスタックと呼ばれ、このFCスタックはMEA(※)をセパレーター(※)で挟み込んだセルの集合体で構成されています。
個々のセパレーターには、燃料となる水素(H2)や、外気より取り入れる酸素(O2)を流すための流路が形成され、MEAの燃料極(マイナス極 / アノード触媒層)にH2、空気極(プラス極 / カソード触媒層)にO2が供給されるようになっていて、このMEAで電気化学反応により発電を行っています。各電極には電極触媒が含有され、電極触媒はH2とO2の反応を促進させる重要な役割を果たしています。
FCスタックイメージ提供:トヨタ自動車
※セパレーター
水素(H2)あるいは酸素(O2)が流れる流路を持つ板状の部品です。
※MEA(Membrane Electrode Assembly / 膜電極接合体)
電解質と触媒からなる電極(触媒層)、電解質膜、ガス拡散層によって構成されています。
受賞
- 2021年日刊工業新聞社 「“超”モノづくり部品大賞」 受賞
- 触媒工業協会 「技術賞」 受賞
- 2020年TOYOTA 「新型燃料電池電気自動車 MIRAI 原価の部」 プロジェクト表彰
- 2015年触媒工業協会 「技術賞」 受賞
- 日刊工業新聞社 「創刊100周年記念賞」 受賞
- TOYOTA 「技術開発賞」 受賞
- 2014年TOYOTA 「新型燃料電池電気自動車 MIRAI 技術の部」 プロジェクト表彰