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MEAの物理解析技術

燃料電池の心臓部とも言えるMEA(Membrane Electrode Assembly)の各種物理解析メニューを取りそろえています。
連続運転や耐久試験にともなうPt触媒やアイオノマーの状態変化を評価することにより、お客様の燃料電池開発をサポート致します。

3D-TEMによる担持箇所別 Pt粒径分布評価

触媒のTEM像
触媒のTEM像
触媒のTEM像
Pt担持カーボンの3次元像
Pt担持カーボンの3次元像
Pt粒子の3次元像:カーボンの表面と内部との粒径分布の比較
Pt粒子の3次元像:カーボンの表面と内部との粒径分布の比較

雰囲気制御XAFSによるPt触媒の状態解析

MEAを実環境に近い雰囲気(水素還元、空気酸化@80℃)でXAFS測定することで、触媒中の白金粒子の酸化数の変化、酸素の吸着脱離を評価することが出来ます。

Pt触媒粉のPt L3端XANES
スペクトル
Pt触媒粉のPt L3端XANESスペクトル
Pt L3端EXAFS振動スペクトルの
解析によって得られる動径分布関数
Pt L3端EXAFS振動スペクトルの解析によって得られる動径分布関数

GCIB-XPSによるMEAの触媒層のアイオノマー厚み評価

C1s光電子スペクトル
C1s光電子スペクトル
アイオノマーと担体におけるCのピーク位置は大きく異なっていることから、ピーク分離を用いてそれらの存在比を算出することができます。

Cの組成を
状態別で
プロット

深さ方向組成分析結果
深さ方向組成分析結果
アイオノマーのFと担体のCに着目し、それらのプロット線の交点をアイオノマーと担持体との界面と見なし、表面からその交点までの長さをアイオノマーの厚さとして評価しました。
事例)I/C=0.7の触媒層を評価し、アイオノマーの厚さを18nmと算出しました。

触媒層特定部位の3D-SEM観察

連続的にFIBによる微細加工と断面SEM画像取得を繰り返し行うことで、3次元構造が得られます。X線マイクロCTで捉えることが難しい数百nmオーダーの断面構造が確認できます。 

深さ方向組成分析結果
体積比評価結果
体積[um3]
比率[%]
電極層
5.75
38
空隙
9.25
62

・最小ピッチは約20nm(本データも約20nmピッチで取得)。
・最大構築範囲は約100μm×100μm×100μm(素材によります)。

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