再生可能エネルギーの未来を拓く新たな燃料電池技術の確立へ

再生可能エネルギーを支える新たな燃料電池の技術革新

地球温暖化が進む現代、持続可能な未来を切り開くためのクリーンなエネルギー源が求められています。その中でも注目を集めているのが水素を燃料とする固体高分子形燃料電池（PEFC）です。この燃料電池は、発電時の排出物が水だけという環境負荷の少ない特性を持ち、自動車などさまざまな分野での応用が期待されています。

しかし、PEFCの発電性能は、触媒層内の水の挙動と密接に関係しているため、その制御が重要です。特に、触媒層を構成するアイオノマー（イオン伝導性高分子）における水の動きについては、これまで十分に理解されていませんでした。

この課題に取り組むため、公益財団法人総合科学研究機構中性子科学センターの岩瀬裕希副主任研究員、有馬寛副主任研究員（現・京都大学複合原子力科学研究所准教授）、株式会社豊田中央研究所の原田雅史主任研究員、国立研究開発法人日本原子力研究開発機構・物質科学研究センターの熊田高之研究主幹からなる研究チームは、新たなアプローチを試みました。彼らは、中性子小角散乱法を駆使して、燃料電池内部の触媒層におけるアイオノマーの含水率を定量的に評価する新手法を確立したのです。

従来の研究では、加湿した触媒層に対して複雑なモデルでの解析が行われていましたが、今回の研究では乾燥と含水した状態の実験結果を直接比較することで、より明確な評価が可能になりました。実際の解析の結果、相対湿度が増たとき、アイオノマーが水を強く保持することが確認されました。

この新たな評価手法は、発電中の燃料電池に直接適用された場合、触媒層内のアイオノマーの含水率が発電性能に与える大きな影響を示しました。このことにより、性能向上だけでなく耐久性の強化にもつながる新しい設計指針を提案することができたのです。

この重要な研究成果は、2025年4月15日発行予定の「Chemical Engineering Journal」に掲載される予定で、燃料電池技術のさらなる進展に寄与することが見込まれています。これにより、環境に優しい水素エネルギーの利用が一層促進されると期待されています。

未来のエネルギー問題を解決するために、一歩踏み出したこの研究の成果は、持続可能な社会を実現するための道標となることでしょう。私たちの生活を支える新たなエネルギー技術が登場し、より良い未来へとつながることを願っています。