3Dプリンタ技術を用いた２層構造を有する新たなチタン製電極を開発

February, 26, 2024, 東京--三菱マテリアル株式会社と横浜国立大学光島重徳（工学研究院教授、先端科学高等研究院先進化学エネルギー研究センター長）らのグループは共同研究開発において、高電流密度条件下においても高効率で作動可能なチタン製の水電解電極を新たに開発した。

水素は脱炭素社会の実現に向けて、二酸化炭素を発生させないクリーンエネルギーとして需要が高まっている。水素製造技術の一つとして、低環境負荷で高効率な水素製造技術である「固体高分子型（PEM）水電解」が注目されている。この電解技術は、100℃以下の純水および電気の力で高純度な水素を製造することができるが、システムコストは高く、コスト負荷の大きな酸化イリジウムといった貴金属触媒の使用量低減が求められていのる。

そのような背景の中、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の水素利用等先導研究開発事業を受託し最先端の電極評価技術を有する横浜国立大学と、難易度の高いチタン材料の焼結技術を有するＭＭＣは、新規のチタン製水電解電極の開発に取り組んだ。

NEDO 事業の成果である電解槽の性能を電解質膜の抵抗分極、電極触媒の活性化分極、電極の集電抵抗や拡散過電圧などの要因別に分離して解析する評価技術を利用し、水電解電極の高効率化には、異なる機能を有する微細な２層構造とすることが有効であることを見出した。とは言え、構造が異なる２層から成る電極は、各電極の層に必要な空間設計のスケールが異なるため、従来製法では一体化製造ができなかった。
MMC は解像度ならびに空間設計自由度が高いバインダージェット方式の３D プリンタを採用し、２層の精緻な電極製造に必要な新たなチタン焼結技術の研究開発を行い、２層構造を持つ電極の製造を可能とした。

この新開発の水電解電極を利用することで、高電流密度条件下においても、高効率に水電解システムを作動させることができる。さらに、貴金属触媒などの使用量削減による水素製造コストの低減にも寄与する。今後は実用化に向けて、最適な電極構造の開発・試作を続けていく。

(詳細は、https://www.mmc.co.jp)