YNU材料電気化学研究室

研究業績

グリーン水素社会に貢献する機能性材料の創製

地球温暖化の深刻さが増し、環境危機である今、二酸化炭素をどれだけ早急に削減できるかが喫緊の課題となっています。脱炭素社会のためには再生可能エネルギーの大幅な利用拡大が必須ですが、再生可能エネルギーは天候条件に左右され、低密度特性であり、大規模、長期間の貯蔵が出来ないという欠点があります。そこで1次エネルギーである再生可能エネルギーを2次エネルギーの水素で変換、貯蔵、輸送によってその欠点を補います。更に、水素自体がCO2フリーなエネルギー源としても利用が出来ることから、世界中で注目されています(図1)。

水素は化石燃料からも製造できますし、製鉄や工業電解の過程で副生水素としても得ることが出来ますが、これらのプロセスではCO2も排出されてしまいます。また、低品位炭(褐炭)や随伴ガス(原油・ガス田由来)などの未利用エネルギーから水素を製造し、副生したCO2を二酸化炭素回収・貯留技術によって地中深くに貯留・圧入し、みかけCO2フリーな水素を得ることもできます。ただ、最も望まれる形は再生可能エネルギー由来の電力から水素を製造し、真の意味でのCO2フリーな水素(これをグリーン水素*と呼びます)を得ることです(図2)。 * K. Ota, A. Ishihara, K. Matsuzawa, and S. Mitsushima, Electrochemistry, 78, 970 (2010).

本研究室は2018年度よりスタートしました。研究室としては国連が提唱する「持続可能な開発目標」(SDGs)に貢献するだけでなく、更にその先のエネルギー社会を目指して研究開発を行っています。学術的には界面で起こる物理化学現象、特に電気化学現象に焦点をあてて、電気エネルギーと化学エネルギー間の相互変換を利用したエネルギー貯蔵・利用技術を研究しています。工学(社会)的には水素エネルギー、特にグリーン水素社会に必要な、また必要とされる電気化学デイバス(装置)の材料研究を行っています。具体的には水素利用デバイスである燃料電池と水素製造デバイスである水電解の電極材料の高性能化及び高耐久化、そしてそれらの応用展開を行うと共に、それらのデバイスの電極反応の基礎的解明を行っています(図3)。

本研究室では博士課程後期(社会人を含む)、博士課程前期の学生を随時募集しております。
お気軽に下記までご連絡ください。

研究1 固体高分子形燃料電池の非貴金属酸化物系触媒の開発

わが国では、家庭用燃料電池が2009年より世界で初めて市販され、これまでに累計30万台以上が導入され、燃料電池自動車も2014年より市場に投入されて約4,000台以上が走行し、商業用の水素ステーションも130箇所以上が開所されています(2020年現在)。 家庭用も自動車用としても使用されているのが、固体高分子形燃料電池(PEFC)です(図4)。ただし、今後このままで量産が進むと電極触媒がシステムコストの約半分を占めることが懸念されています。PEFCの触媒には貴金属の白金が使用されています。これはグラム当たり数千円する高価な材料であり、その資源量に限りと偏りがあります。また、近年、計算化学によって白金では原理的に性能向上に限度があることも明らかになってきました。 そこで資源量も豊富でコストが非常に安く、更に安定性も高い非貴金属酸化物系材料に着目し、その材料を用いてエネルギーロスの大きい空気極触媒への適応を目指して、太田健一郎先生 (当時教授、現名誉教授)が中心となって2000年からスタートし、現在に至るまで長きにわたり研究開発を行っています*。 *太田健一郎,電気化学88,281 (2020).

受託、助成研究等

  • NEDO委託事業「燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業/超高電位を目指した酸化物カソードの開発・超機能発現のための表面/界面解析と制御」(代表:石原顕光)
  • 科研費 基盤研究C「真に水素社会に貢献する燃料電池自動車用の革新的な超耐久空気極触媒の創製」(代表:松澤幸一)
  • 公益財団法人 ENEOS 東燃ゼネラル研究奨励・奨学会 第40回東燃ゼネラル石油研究奨励・奨学財団 研究助成(奨学寄附金)「究極の自立型水素エネルギーシステムのための一体化再生型燃料電池の酸素極の開発」(代表:松澤幸一)
  • 公益財団法人 スズキ財団 平成30年度 課題提案型研究「グリーン水素利用を加速する先進型燃料電池の開発」(代表:松澤幸一)
  • 公益財団法人 泉科学技術振興財団 平成29年度研究助成「燃料電池の低コスト・高耐久化に抜本的に貢献する脱白金・脱炭素触媒の創製」(代表:松澤幸一)

研究2 グリーン水素製造のためのアルカリ水電解の酸化物系触媒の開発

水電解技術はその過程でCO2を排出しないため、グリーン水素製造にとって中心的な役割を果たすと期待されています。中でもアルカリ水電解(AWE)(図5)は古くから工業的に水素を生産する手段として使われており、既に世界中で商用化されています。大規模なグリーン水素製造にはAWEがその本命として期待されています。 これまでは定格電源により稼働していたAWEですが、再生可能エネルギーとの連携においては太陽光や風力の特性、つまり、遮光や不安定な風況などを理由に、変動電源による水素製造が想定されます。近年、変動電力によりAWEのNi電極触媒が劣化することがわかり、今後のグリーン水素製造のためには、変動電源に対応した新たな高耐久材料が重要です。 そこで資源量も豊富で安定性も高い非貴金属酸化物系材料に着目し、その材料を用いてエネルギーロスの大きい陽極触媒への適応を目指して、研究開発を行っています。

受託、助成研究等

  • 公益財団法人 八洲環境技術振興財団 2021年度研究開発・調査助成「グリーン水素製造のための水電解用陽極材料の開発」(代表:松澤幸一)
  • 公益財団法人 日立金属・材料科学財団 令和3年度 第36回材料科学研究助成「グリーン水素製造用途の水電解の遷移金属系触媒の創製」(代表:松澤幸一)
  • 池谷科学技術振興財団 2021年度研究助成「グリーン水素製造に適した水電解用酸化物系酸素極の開発」(代表:松澤幸一)
  • 一般社団法人一樹工業技術奨励会 2017年度 一樹工業技術奨励会 助成金「CO2フリー水素製造のための水電解用革新的酸化物系触媒の開発」(代表:松澤幸一)
  • 公益財団法人日本板硝子材料工学助成会 平成29年度(第39回)研究助成「再生可能エネルギー由来の電力を用いて水素製造するための水電解材料の開発」(代表:松澤幸一)
  • 公益財団法人日立財団 2016年度(第48回)倉田奨励金「再生可能エネルギーとの連携に適した高耐久な水電解材料の開発」(代表:松澤幸一)

研究3 固体高分子形水電解の非貴金属酸化物系触媒の開発

固体高分子形水電解(PEWE) (図6)は一部商用化された水電解の1つであり、アルカリ水電解と比較して、コンパクト化しやすいことやより高純度な水素が得られる長所があり、分散型として期待されています。特に近年はグリーン水素製造用途として、大面積化なども進められています。また、反応は逆ですが、固体高分子形燃料電池(PEFC)と同様にカチオン交換膜を使用するなど共通性も有するシステムです。 しかしながら、電極触媒に使用されているのはPEFCと同様に貴金属系材料であり、陽極では酸化イリジウムが使用されています。イリジウムは白金の副生物で資源量も希少であり、今後のPEWEの普及に伴い、材料及びシステムの高騰が懸念されます。 そこで資源量も豊富でコストが非常に安く、更に安定性も高い非貴金属酸化物系材料に着目し、その材料を用いて陽極触媒への適応を目指して、研究開発を行っています。

受託、助成研究等

  • 公益財団法人 スズキ財団 令和3年度 科学技術研究助成(一般)「グリーン水素社会のための水電解陽極用の非貴金属酸化物系触媒の開発」(代表:松澤幸一)
  • 公益財団法人 ENEOS 東燃ゼネラル研究奨励・奨学会 第40回東燃ゼネラル石油研究奨励・奨学財団 研究助成(奨学寄附金)「究極の自立型水素エネルギーシステムのための一体化再生型燃料電池の酸素極の開発」(代表:松澤幸一)
  • 一般財団法人トヨタ・モビリティ基金 2017年度 水素社会構築に向けた革新研究助成「CO2フリー水素製造のための水電解用革新的酸化物系触媒の開発」(代表:松澤幸一)
  • NEDO委託事業「水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発 / 次世代技術開発・フィージビリティスタディ等 / 革新的な次世代技術の探索・有効性検証に関する研究開発/非貴金属化合物を用いた水電解用高機能酸素発生アノード触媒の設計および開発」(代表:松澤幸一)

研究者総覧

著書・論文、解説、産業財産権、受賞、助成は下記よりご覧下さい。
https://er-web.ynu.ac.jp/html/MATSUZAWA_Koichi/ja.html

学会発表(2020年4月以降~)

  • 【依頼講演】(横浜国大)○松澤幸一,「水素社会を展望するための基礎と関連デバイス」,CMCリサーチセミナー,オンライン,2022年3月30日.
  • (横浜国大) ○野坂敦史,石原顕光,松澤幸一,「Mo-Zr酸化物系触媒のアルカリ溶液中での酸素発生反応」,3K14,電気化学会第89回大会,オンライン,2022年3月15-17日.
  • (横浜国大) ○渡辺啓太,松澤幸一,竹内悠,池上芳,(熊本県産技セ)大城善郎,(横浜国大)永井崇昭,門田隆二,石原顕光,「PEFC白金代替カソード触媒のためのピラジンカルボン酸を用いた炭窒素含有4族酸化物への異元素添加が酸素還元触媒能に及ぼす影響」,1H26,電気化学会第89回大会,オンライン,2022年3月15-17日.
  • (横浜国大) ○小幡もも,松澤幸一,竹内悠,(熊本県産技セ)大城善郎,(横浜国大)池上芳,永井崇昭,門田隆二,石原顕光,「PEFC非白金カソード触媒としてのCNT担持炭窒素含有4族酸化物の酸素還元活性の向上」,1H27,電気化学会第89回大会,オンライン,2022年3月15-17日.
  • (横浜国大) ○小原悠磨,平山想真,石原顕光,松澤幸一,「異元素添加したMo酸化物系触媒の酸素発生能の研究」,3K07,電気化学会第89回大会,オンライン,2022年3月15-17日.
  • (横浜国大) ○渡辺友理,松澤幸一,池上芳,永井崇昭,門田隆二,(阪大)今西哲士,(量研)山本春也,(横浜国大)石原顕光,「4族酸化物薄膜の物性が酸性溶液中での酸素還元反応に与える影響」,1H28,電気化学会第89回大会,オンライン,2022年3月15-17日.
  • (横浜国大) ○小幡もも,松澤幸一,竹内悠,(熊本県産技セ)大城善郎,(横浜国大)池上芳,永井崇昭,門田隆二,石原顕光,「固体高分子形燃料電池の非白金カソードとしてのFe, Ni, Zn添加酸化チタン酸素還元触媒の開発」(ポスター),E-P14-041,第31回日本MRS年次大会,オンライン,2021年12月13-15日.
  • (横浜国大) ○小原悠磨,平山想真,石原顕光,松澤幸一,「異元素添加したMo酸化物系触媒の酸素発生能の研究」(ポスター),E-P14-009,第31回日本MRS年次大会,オンライン,2021年12月13-15日.
  • (横浜国大) ○渡辺友理,松澤幸一,池上芳,永井崇昭,門田隆二,(阪大)今西哲士,(量研)山本春也,(横浜国大)石原顕光,「4族金属酸化物とPdの相互作用が酸性溶液中での酸素還元反応に与える影響」(ポスター),E-P14-007,第31回日本MRS年次大会,オンライン,2021年12月13-15日.
  • (横浜国大) ○平山想真,石原顕光,松澤幸一,「Ta酸化物系薄膜の酸素発生能に対する異元素添加効果」,11B05,第45回電解技術討論会-ソーダ工業技術討論会-,オンライン,2021年12月9-10日.
  • (横浜国大) ○渡辺啓太,松澤幸一,竹内悠,池上芳,(熊本県産技セ)大城善郎,(横浜国大)永井崇昭,門田隆二,石原顕光,「固体高分子形燃料電池の非白金カソード触媒のための炭窒素含有4,5族酸化物の異元素添加による酸素還元触媒能の向上」,1A13,第41回水素エネルギー協会大会,タワーホール船堀(東京)(オンライン),2021年11月29-30日.
  • 【依頼講演】(横浜国大)○松澤幸一,「グリーン水素製造のための水電解及びその触媒」,技術情報協会セミナー,オンライン,2021年10月28日.
  • (YNU) ○K. Matsuzawa, S. Hirayama, Y. Kohara, A. Ishihara, “The Impact of Mn Addition on Ta Oxide-Based Electrocatalysts for Oxygen Evolution Reaction in Acid”, I01F-1269, 240th ECS Meeting, Online, Oct. 10-14, 2021.
  • (YNU) ○Y. Takeuchi, K. Matsuzawa, T. Nagai, K. Ikegami, Y. Kuroda, R. Monden, A. Ishihara, “Noble-Metal Added Titanate Nanosheets for PEFC Cathode​”, I01D-1153, 240th ECS Meeting, Online, Oct. 10-14, 2021.
  • (横浜国大) ○竹内悠,松澤幸一,永井崇昭,池上芳,黒田義之,門田隆二,石原顕光,「有機錯体を出発原料とした窒素・炭素含有酸化チタン触媒の酸素還元活性」,1H03,2021年電気化学秋季大会,オンライン,2021年9月8-9日.
  • (横浜国大) ○野坂敦史,石原顕光,松澤幸一,「アルカリ溶液中でのMo添加Zr酸化物系薄膜の酸素発生反応」,2J06,2021年電気化学秋季大会,オンライン,2021年9月8-9日.
  • (横浜国大) ○渡辺啓太,松澤幸一,竹内悠,池上芳,(熊本県産技セ)大城善郎,(横浜国大)永井崇昭,門田隆二,石原顕光,「PEFCカソード用4,5族遷移金属酸化物触媒の異元素添加による高活性化の検討」,1H02,2021年電気化学秋季大会,オンライン,2021年9月8-9日.
  • (YNU) ○K. Matsuzawa, S. Hirayama, Y. Kohara, A. Ishihara, “Oxygen Evolution Reaction of Ta Oxide-based Electrocatalyst with and without Addition”, C-SEP07-005, INTERFINISH2020, Online, Sep. 6-8, 2021.
  • (横浜国大) ○竹内悠,松澤幸一,永井崇昭,池上芳,黒田義之,門田隆二,石原顕光,「PEFC用カソード触媒への適用を目指した酸性溶液中におけるTi系ペロブスカイト化合物の酸素還元活性」,2F01,日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム,オンライン,2021年9月1-3日.
  • 【依頼講演】(横浜国大)○松澤幸一,「グリーン水素と水電解技術」,新技術探索ワーキンググループ講演会(東亞合成 R&D総合センター ),オンライン,2021年8月31日.
  • 【Invited】(YNU) ○K. Matsuzawa, “Status and Prospective toward Green Hydrogen Society in Japan”, International Conference on Circular Economy: Driving towards Sustainability (ICCE-2021), Online, Aug. 19-20, 2021.
  • (横浜国大) ○野坂敦史,石原顕光,松澤幸一,「Mo添加したZr酸化物系スパッタ薄膜のKOH中の酸素発生反応の研究」,2,第30回電極材料研究会,オンライン,2021年8月6日.
  • (横浜国大) ○渡辺啓太,松澤幸一,竹内悠,池上芳,(熊本県産技セ)大城善郎,(横浜国大)永井崇昭,門田隆二,石原顕光,「酸性溶液中での4,5族酸化物系触媒への異元素添加が酸素還元触媒能に及ぼす影響」,1,第30回電極材料研究会,オンライン,2021年8月6日.
  • 【依頼講演】(横浜国大)○松澤幸一,「水電解によるグリーン水素の製造とその触媒技術」,技術情報協会セミナー,オンライン,2021年7月9日.
  • (YNU) ○K. Matsuzawa, S. Hirayama, A. Ishihara, “Catalytic Activity of Tantalum Oxide-based Electrocatalyst for Oxygen Evolution Reaction in Sulfuric Acid”, 16, WHTC2021, Online, June 20-24, 2021.
  • 【依頼講演】(横浜国大)○松澤幸一,「貴金属フリーの電気化学システム用の新規酸素電極材料」,新技術説明会,オンライン,2021年6月10日.
  • (YNU) ○K. Matsuzawa, R. Suzuki, A. Nozaka, A. Ishihara, “Activity and Durability of Titanium Oxide-based Electrocatalyst for Oxygen Evolution Reaction in Alkaline Solution”, I02-1221, 239th ECS Meeting, Online, May 30-Jun.3, 2021.
  • (横浜国大) ○竹内悠,松澤幸一,永井崇昭,池上芳,黒田義之,門田隆二,石原顕光,「貴金属添加チタン酸ナノシートを用いたPEFCカソード極における酸素還元触媒の開発」,P9,第28回燃料電池シンポジウム,オンライン,2021年5月27-28日.
  • (横浜国大) ○野坂敦史,鈴木隆,石原顕光,松澤幸一,「スパッタ法を用いたZr酸化物系薄膜の異元素添加による酸素発生能に及ぼす影響」,P7,第28回燃料電池シンポジウム,オンライン,2021年5月27-28日.
  • (横浜国大) ○渡辺啓太,松澤幸一,足立吉徳,池上芳,(熊本県産技セ)大城善郎,(横浜国大)永井崇昭,門田隆二,石原顕光,「カーボン担体を用いたPEFCカソード用チタン酸化物系ナノ粒子触媒の高活性化」,P8,第28回燃料電池シンポジウム,オンライン,2021年5月27-28日.
  • (横浜国大) ○竹内悠,松澤幸一,永井崇昭,池上芳,黒田義之,門田隆二,石原顕光,「PEFC用カソード触媒としての貴金属添加チタン酸ナノシート」,1K09,電気化学会第88回大会,オンライン,2021年3月22日.
  • (横浜国大) ○野坂敦史,鈴木隆,石原顕光,松澤幸一,「スパッタ法を用いたZr酸化物系薄膜のKOH中の酸素発生反応」,1N22,電気化学会第88回大会,オンライン,2021年3月22日.
  • (横浜国大) ○渡辺啓太,松澤幸一,足立吉徳,池上芳,(熊本県産技セ)大城善郎,(横浜国大)永井崇昭,門田隆二,石原顕光,「カーボン担体を用いたPEFC用異元素添加酸化チタンナノ粒子酸素還元触媒の合成」,1K10,電気化学会第88回大会,オンライン,2021年3月22日.
  • 【依頼講演】(横浜国大)○松澤幸一,「グリーン水素製造を目指した水電解用酸化物系酸素極の開発」,横浜国立大学-日本鉱業協会新材料部会交流会,オンライン,2021年2月22日.
  • (横浜国大) ○北村祐仁,松澤幸一,永井崇昭,(熊本県産技セ)大城善郎,(物材機構)冨中悟史,(横浜国大)石原顕光,「固体高分子形燃料電池用非白金カソード触媒の実用化に向けた酸化チタン系ナノ材料の安定性評価」,8H02,第40回水素エネルギー協会大会,タワーホール船堀(東京)(オンライン),2020年12月3日.
  • (横浜国大) ○鈴木隆,石原顕光,松澤幸一,「グリーン水素製造のための水電解用チタン酸化物系アノードの開発」,7H01,第40回水素エネルギー協会大会,タワーホール船堀(東京)(オンライン),2020年12月2日.
  • (横浜国大) ○平山想真,石原顕光,野坂敦史,松澤幸一,「Ta酸化物系薄膜の硫酸中における酸素発生能の検討」,5E05,第44回電解技術討論会-ソーダ工業技術討論会-,オンライン,2020年11月30日.
  • (YNU) ○A. Ishihara, J. Hirata, T. Nagai, Y. Kuroda, K. Matsuzawa, (Osaka Univ.)A. Imanishi, (YNU) S. Mitsushima, (Shinshu Univ.) Y. Takasu, (YNU) K. Ota, “Effect of Semi-Conducting Properties of Oxide-Based Compounds on Oxygen Reduction Activity in Acidic Media”, I01D-2285, PRiME2020, Online, Oct. 4-9, 2020.
  • (YNU) ○K. Matsuzawa, S. Hirayama, K. Sumi, A. Ishihara, “Oxygen Evolution Reaction of Mo Oxide-Based Electocatalysts Doped with Different Metals in Acid Solution”, I01-1423, PRiME2020, Online, Oct. 9, 2020.
  • (YNU) ○Y. Inoue, K. Matsuzawa, Y. Ma, (Kumamoto Indus. Res. Inst.) Y. Ohgi, (YNU) T. Nagai, Y. Kuroda, (QST) S. Yamamoto, (YNU) A. Ishihara, “P-Doped SnO2 Powder as a Support for PEFC Cathode”, I01-D-2297, PRiME2020, Online, Oct. 4-9, 2020.
  • (YNU) ○Y. Kitamura, K. Matsuzawa, T. Nagai, K. Ota, A. Ishihara, “Stability of TiO2-Based Materials under PEFC Operation Condition for Non-Platinum Cathodes”, Z01-3622, PRiME2020, Online, Oct. 4-9, 2020.
  • (YNU) ○R. Suzuki, A. Ishihara, K. Matsuzawa, “Oxygen Electrode Reaction of Titanium Oxide-based Materials in Alkaline Solution”, Z01-3627, PRiME2020, Online, Oct. 4-9, 2020.
  • (横浜国大) ○平山想真,石原顕光,角恭伍,松澤幸一,「5・6族酸化物系電極の酸素発生反応の検討」,E07-23(技),表面技術協会第142回講演大会,オンライン,2020年9月11日.
  • 【依頼講演】(横浜国大)○松澤幸一,「酸化物系材料の電極適応への基礎検討」,燃料電池研究会第147回セミナー,日本弘道会ビル(東京),2020年6月19日.
  • (横浜国大)○井上裕太,馬永炳,(熊本県産技セ)大城善郎,(横浜国大)永井崇昭,黒田義之,松澤幸一,石原顕光,「PEFCカソードPt触媒用TiOx担体の高機能化」(ポスター),第27回燃料電池シンポジウム,2020年5月末.(学生優秀賞)
  • (横浜国大) ○北村祐仁,松澤幸一,永井崇昭,石原顕光,「PEFC用非白金カソード開発のための電池作動模擬環境での酸化チタン系ナノ材料の安定性評価」(ポスター),第27回燃料電池シンポジウム,2020年5月末.(学生優秀賞)
  • (横浜国大) ○鈴木隆,石原顕光,松澤幸一,「アルカリ溶液中での酸化チタンベース材料の酸素極反応の検討」(ポスター),第27回燃料電池シンポジウム,2020年5月末.
  • (横浜国大) ○平山想真,石原顕光,角恭伍,松澤幸一,「異種金属をドープした5,6族金属酸化物系薄膜の酸素発生反応の研究」(ポスター),第27回燃料電池シンポジウム,2020年5月末.
PAGE TOP