ミライのFCスタックに8万円超のプラチナ、セルの元素組成を分析

トヨタ自動車の新型「MIRAI（ミライ）」の燃料電池（FC）セルに使われている白金（Pt）は、8万4480円相当――。

燃料電池（FC）セルの内部

セパレーターとセパレーターの間にMEA（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）が挟まれている。（写真：松田篤志）

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　日経クロステックは、分析・計測機メーカーの堀場製作所の協力を得て、FCセルの構造・材料分析を行った。その結果、1台のミライには約19.2gのPtが含まれていることが明らかになった。白金1gの価格は4400円（2022年3月15日現在、田中貴金属工業HPより）であるので、19.2gは8万4480円となる。

　FCセルの構造は、水素流路側から酸素（空気）の流路側に向けて次のような層構造をしていることが分かった。水素の流路を兼ねるアノードセパレーター、ガス拡散層、撥水層（はっすい）、アノード極触媒、高分子電解質膜、カソード極触媒、撥水層、ガス拡散層、カソードセパレーターである。ガス拡散層は、触媒にまんべんなく気体分子を送り込むための層、撥水層は反応などによって生じた水分を素早く排出する層である。燃料電池反応は、アノードとカソードの触媒および高分子電解質膜で構成されるMEA（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）で進む。

FCセルの構造

水素供給面（図の上部）から順番に、アノードセパレーター、ガス拡散層、撥水層、アノード極触媒、高分子電解質膜、カソード極触媒、撥水層、ガス拡散層、カソードセパレーターとなる。（出所：日経クロステック）

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　さらに材料分析によって、次のことが明らかになった。

• （1）隣り合うセルと化学的に隔離し、発電した電力を取り出す集電体として働くアノードおよびカソードのセパレーターが、DLC（ダイヤモンド・ライク・カーボン）でコーティングしたチタン（Ti）だった
• （2）アノード極触媒はPtだった
• （3）カソード極触媒はPtとコバルト（Co）の触媒であることが分かった。ただし、鉄（Fe）も検出されたことから、Fe系の触媒も含む可能性がある
• （4）酸素側の撥水層にフッ素（F）を検出した。水素側にはFは検出されないことから、発生した水を流しやすくするために入れている可能性がある
• （5）高分子電解質膜は縦方向で硫黄（S）とFの濃度が異なり、3層（Sリッチ層／Fリッチ層／Sリッチ層）で構成されていることが観察された
• （6）電解質膜の劣化を防ぐために、ラジカルクエンチャー＊成分としてセリウム（Ce）を含有する

　以下では、この分析について細かく見ていく。

＊ラジカルクエンチャー＝電解質膜の劣化原因となるラジカルを消去促進する物質。ラジカルとは、不対電子をもつ原子や分子、あるいはイオン。燃料電池内では、OHやOOHといったラジカルが発生し、これが劣化を引き起こすとされている。