上海高等研究院は、車載メタノール改質水素製造触媒の3Dプリント製造の研究で進歩を遂げた。

上海高等研究院は、車載メタノール改質水素製造触媒の3Dプリント製造の研究で進歩を遂げた。
出典:上海高等研究院

最近、中国科学院上海高等研究院の工学科学チームは、3Dプリント技術を使用して車載メタノール改質水素製造触媒を準備する研究で進歩を遂げました。

△メタノール改質水素製造触媒を調製するための3Dプリント 水素の輸送および貯蔵コストの高さとエネルギー密度の低さは、市場での水素燃料電池車の推進と応用に対する障害の1つです。車載メタノール改質による水素製造は、水素を直接原料として使用することなく燃料電池車に水素を供給することができ、燃料の保管および輸送コストを効果的に削減する方法を提供します。従来の触媒は機械的強度が低く、車両の高速移動中に触媒層が破損しやすく、触媒の活性に影響を与えます。高い触媒活性を維持しながら高い機械的強度を備えた触媒調製技術の開発が必要です。

これを踏まえて、工学科学チームは3Dプリント技術を使ってモノリス触媒を作製する方法を提案しました。担体の組成や焼成温度の調整、触媒の空間構造の改善などの戦略により、高い機械的強度と高い触媒活性を両立した3Dプリント触媒を作製する新しい方法を開発しました。

△3Dプリント触媒。 (a): DLP-3Dプリント後のベースキャリア、(b): 含浸、乾燥、結晶化後のサンプル、(c): 焼成後のサンプル、(d)(e): サンプルのSEM画像と原子間力顕微鏡表面形態。触媒キャリアは光硬化3Dプリント技術で製造され、金属イオン分布は低磁場核磁気共鳴空間でテストされました。3Dプリントされたアルミナ多孔質キャリアの機械的強度、多孔度、焼成温度の関係を分析し、多孔質キャリア内の金属イオンの拡散効果を明らかにしました。同時に、金属イオン分布技術の核磁気共鳴イメージング定量テストを開発しました。乾式結晶化焼成法により、高機械的強度アルミナ多孔質支持体上に銅-亜鉛層状構造活性成分層を合成することに成功しました。アルミナ担体の空間構造を改良することにより、熱および物質移動効率が向上し、床圧力降下が減少し、メタノール改質反応の触媒効果が向上します。反応パラメータを最適化した後、触媒の単位質量あたりの水素の空間時間収率は 536 mol/kgcat/h に達し、これまで報告された同様の触媒のほとんどを上回りました。同時に、この触媒は高い機械的強度を備えており、半径方向の圧縮強度は152.4 N/mmで、これは現在の従来の粒状触媒の4倍であり、車両の加速や衝突などの条件に適応できます。

この研究は、自動車用燃料電池などの分野におけるメタノール改質水素製造技術の開発を促進するとともに、新たな一体型触媒の開発に新たなアイデアを提供するものとなる。

関連する結果はJournal of Energy Chemistryに掲載されました。この研究は、中国科学院青年イノベーション推進協会、中国科学院科学技術ネットワークサービスプログラム、中国国家自然科学基金によって資金提供された。

論文リンク
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2095495621006458





上海高等研究院、車載、メタノール、水素製造、触媒

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