ベルギー不織布メーカーがIr量10分の1の水電解部材、東芝ESSが技術供与

 

 

金属繊維から成る不織布メーカーの ベルギーBekaert（ベカルト）は、ドイツで開催された産業展示会「HANNOVER MESSE（ハノーバーメッセ）2024」（2024年4月22～26日）に、東芝エネルギーシステムズ（東芝ESS）と共同開発した、PEM（Proton Exchange Membrane）形水電解装置用の膜電極接合体（MEA）を出展した（図1）。

 

図1　ベカルトが出展した、東芝ESSと共同開発のMEA（左）

面積は100cm2。ベカルトのTi-PTL上に東芝ESSのミルフィーユ構造のIrO2を成膜してあるという。ACLSは「Alternating Catalyst Layer Structure」の略（写真：日経クロステック）

　両社は2024年2月29日に、MEAの共同開発で提携することを発表していた。そこから2カ月足らずでの出展である。

イリジウムの高騰でPEM形に暗雲

　水電解装置のMEAでは、酸素を発生するアノード（酸素極）での反応が全体を律速することが課題になっている。特にPEM形では、酸素極の触媒としてレアメタルで高価なイリジウム（Ir）を利用する。しかも、Irの価格は2020年に急騰後、高止まり状態で、PEM形MEAの製造コストを大幅に押し上げる要因になっている（図2）。水電解装置で生産する水素（グリーン水素）が、天然ガスもしくは天然ガス由来の水素（グレー水素）などとの価格競争力を問われる中で、この製造コストの高騰は、PEM形水電解装置の普及に対する大きな課題になっている。

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図2　Irは2020年に約4倍に急騰

2016年比では約12倍。その後も高止まり状態で、PEM形水電解のセルスタックの2024年の製造コストは2016年比で約7倍になった（写真：ベカルトの競合である米Mottのハノーバーメッセでの講演スライドを日経クロステックが撮影）

　そうした中、東芝ESSは、Irの利用量を約1/10にしても水電解性能が低下しないMEAを2022年10月に開発したと発表していた。チタン（Ti）ベースの不織布（Porous Transport Layers：PTL）の上にスパッタ装置で、酸化イリジウム（IrO2）の非常に薄い層を数十層形成することで実現した。東芝ESSはこの層構造を「ミルフィーユ構造」、または「Alternating Catalyst Layer Structure（ACLS）Coating」と呼ぶ（図3）。

図3　東芝ESSが開発した「ミルフィーユ構造」の多層IrO2

（出所：東芝ESS）

　ベカルトはこのTi-PTL大手で、既に5000cm2以上という大面積のTi-PTLも「Currento」という製品名で量産出荷しているという（図4）。

（a）Ti-PTLの100倍拡大模型

（b）ベカルトの大型Ti-PTL製品

 

図4　大面積化するTi-PTL

ベカルトのTi-PTLを100倍に拡大した模型（a）と、面積が5000cm2以上の大型Ti-PTL製品（写真：日経クロステック）