(Cr,Mn,Fe,Ni,Zn) 高エントロピー酸化物を用いた陰イオン交換膜水電解によるグリーン水素製造用電極触媒
(Cr,Mn,Fe,Ni,Zn) High-Entropy Oxides as Electrocatalysts for Green Hydrogen Production via Anion Exchange Membrane Water Electrolysis
コバルトフリーの高エントロピー酸化物(HEO)電極を陰イオン交換膜水電解(AEMWE)に適用する可能性が示された。等モル濃度のCr、Mn、Fe、Ni、Znをベースとしたスピネル酸化物のHEOをゾルゲル法と焼成(400~800°C)により合成した。酸素発生反応触媒として、また還元後の触媒を水素発生反応触媒として使用した。陽極触媒の相純度は、最大電流密度と分極抵抗に関連し、陰極触媒の物理化学的特性は、iRフリー電位と長期運転後の分極抵抗に関連することが明らかになった。コバルトフリーのMEAsで最高の性能を示したものは、2.2Vで0.51 A cm−2の電流密度を達成し、アルカリ性電解条件下で数百時間安定した動作を示した。コバルトを完全に置き換えることで活性は低下するものの、コバルトフリー電極触媒の実現可能な設計戦略を確立し、AEMWE技術における触媒性能、長期安定性、材料持続可能性の重要なバランスを強調するものである。
- コバルトフリーの高エントロピー酸化物(HEO)電極触媒を陰イオン交換膜水電解に適用し、2.2Vで0.51 A cm−2の電流密度を達成した
- アルカリ性電解条件下で数百時間の安定動作を実証した
- ゾルゲル法と焼成(400〜800°C)によりCr、Mn、Fe、Ni、Znベースのスピネル酸化物HEOを合成した
本研究成果は、コバルトフリーの高エントロピー酸化物電極触媒を陰イオン交換膜水電解(AEMWE)に適用した点で、グリーン水素製造コストの主要因である電極触媒の材料持続性と性能のトレードオフに取り組んでいる。2.2Vで0.51 A cm−2の電流密度と数百時間の安定動作を実証したことは、コバルトのような高コスト・サプライチェーンリスクのある材料への依存を減らす実用的な選択肢を示すものであり、水素製造の低コスト化・地政学リスク低減という投資テーマに直結する。ただし、コバルト置換による活性低下も報告されており、実用化には更なる性能改善が必要である点には留意が必要。