丰田公开减少燃料电池车铂用量技术

据日经BP社报道：丰田在2015年5月举办的汽车技术会春季大会（主办：日本汽车技术会）上，以燃料电池车铂使用量的行为分析为主题发表了演讲。燃料电池单元中使用铂作为促进化学反应的催化剂，但随着使用时间的推移，铂颗粒的粒径会增大，导致性能下降。这一次，丰田确认了发电时铂粒径增大的变化过程，这有助于降低铂的使用量。 关于铂颗粒增大的原因，以前一直被认为是铂溶解、铂颗粒移动造成的凝集，以及担体材料碳的氧化所致，但一直没有能够证实。为此，丰田开发出了全球首个利用TEM（透射电子显微镜），在加载发电电压时实时观察铂电极催化剂变化的方法。 过去观察铂电极时的做法是，分别对初始状态下的铂微粒和电压降低时的铂微粒进行TEM观察，然后比较二者的结果。但这种方法观察不到铂微粒的增大过程。为此，丰田制作了能在TEM内部再现燃料电池催化剂的化学反应的体积极小的电化学电池，尝试观察了铂颗粒增大的真实过程。

利用TEM实时观察的必要条件，是电子束必须要穿透样品，厚度要在几百nm以下。而市售芯片达不到这个要求，芯片中没有电流通过，因此再现性差，颗粒图像不清晰，再现率仅为10％。 为此，丰田运用MEMS技术，开发出了利用厚度在几百nm以下的氮化硅（SiN）膜密封电解液的电池。这一成果可使再现率提高到95％，能够实时观察到铂微粒增大的过程，而且实现了观察视频与电化学测量结果的同步化。 观察结果表明，铂微粒会在碳上移动并聚集，从而导致颗粒增大。利用这种观察方法，可以向样品芯片施加实际行驶模式下的电压变化，明确该状态下铂微粒的行为，开发出符合行驶状态的材料，有助于延长燃料电池的寿命、降低铂使用量。（特约撰稿人：伊东敏夫，芝浦工业大学）