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早稲田大学は、メソポーラス構造を持つ、単結晶高エントロピー合金を開発した。5元素以上の合金の単結晶化と高比表面積化を両立したことで、白金触媒の2.9倍となる性能を達成した。

 

早稲田大学は2025年6月10日、メソポーラス構造を持つ、単結晶高エントロピー合金(HEA)を開発したと発表した。5元素以上の合金の単結晶化と高比表面積化を両立したことで、白金触媒の2.9倍となる性能を達成した。名古屋大学、物質・材料研究機構との共同研究による成果だ。

 研究では、電池や燃料電池に使われる白金触媒の代替材料として、5種類以上の金属元素を混ぜたHEAに着目。複数元素から成る単結晶のHEAをナノサイズかつ均一な多孔質構造で合成するため、界面活性剤を用いたソフト化学合成法を活用した。

 Pt、Pd、Ru、Ir、Rhの白金族金属を混合した合金に対し、水と油それぞれになじむ部分を持つ分子が集まって球状に形成されるミセル構造をテンプレートとして、ナノスケールのメソポーラス球状合金粒子を形成した。この手法により、粒子全体に均一なメソポア(2~50nmの穴)を持つ単結晶HEAを合成できた。

メソポーラス単結晶HEAの電子顕微鏡像とHEA構成元素マッピング[クリックで拡大] 出所:早稲田大学
 

 実験では、従来の白金触媒(Pt-C)に比べ、メタノール酸化反応での電流密度が触媒当たりでは最大2.9倍、白金重量当たりでは4.5倍になった。充放電サイクル耐性にも優れ、2500回以上の充放電後も、最大値に対して93%の性能を保持した。

メタノール酸化反応での電流密度は白金触媒の最大2.9倍 出所:早稲田大学
充放電サイクル耐性[クリックで拡大] 出所:早稲田大学
 

 こうした性能は、多孔質構造によって活性面積が増加し、単結晶構造で電荷移動を効率化したことによるものと考えられる。また、多元素合金により表面電子が最適化され、CO被毒性を抑制した。

 今回の成果は、メタノール燃料電池など次世代エネルギーデバイスにおいて、高効率かつ長寿命の触媒としての活用が見込まれる。今後は、より安価で入手しやすい金属を含めた多元素系への展開と、大型のセルや実用環境での耐久性検証に取り組む考えだ。

 

白金を超える性能の単結晶高エントロピー合金を開発:研究開発の最前線 - MONOist

 

https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2506/25/news018.html

 

monoist.itmedia.co.jp

 

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温室効果ガス、マイクロプラスチックに続く環境課題として注目を集めつつある窒素廃棄物排出の管理(窒素管理)、その解決を目指す窒素循環技術の開発を概説しています。今回は廃水中のアンモニウムを回収し、再利用可能な資源に転換する技術を紹介します。

廃水中のアンモニウムを有価値化して再利用する新技術:有害な廃棄物を資源に変える窒素循環技術(12)(1/2 ページ) - MONOist

 

https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2503/27/news029.html

 

monoist.itmedia.co.jp

 

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マクセルは2025年6月19日、硫化物系全固体電池における容量劣化のメカニズムを明らかにしたと発表した。

 全固体電池は理論的に長寿命で寿命予測がしやすいと想定されているが、実際に長寿命化を実現するためには容量劣化メカニズムの解明とそれに基づく寿命予測が重要だ。マクセルが、全固体電池の容量劣化メカニズムを詳細に分析した結果、材料自体はほとんど劣化せず、電極間のSOC(State Of Charge)バランスずれが主な容量減少要因であることが判明した。

液系リチウムイオン電池と全固体電池の反応様式の差[クリックで拡大] 出所:マクセル

 また、対称セルを用いた実験により、電極固有の副反応速度を定量化することに成功し、全固体電池における副反応電流が液系電池より1桁以上低いことを実証。つまり、全固体電池が本質的に寿命特性に優れるのは、電極での副反応電流が低いことに起因することが分かった。

 さらに、全固体電池では105℃でも液系電解液で観測されるクロストーク反応がみられず、副反応速度を見積もる場合に、材料固有の副反応電流のみを考慮するだけで良いことが判明した。これにより、従来の液系リチウムイオン電池と比較し、寿命予測が容易になる可能性を示した。

 今後は、副反応生成物などを明らかにし、寿命予測に基づいた安全性/信頼性に優れた全固体電池の設計を実現することが期待される。マクセルは、今回の技術を応用し、150℃耐熱の全固体電池開発を継続するとともに、今後電気自動車(EV)などの次世代モビリティ、再生可能エネルギーの蓄電システム、インフラ監視用IoT(モノのインターネット)センサー電源、産業機器の長期メンテナンスフリー電源、過酷環境で使用される特殊機器などの分野に向け開発を進めていく。

 

硫化物系全固体電池が長寿命なワケとは メカニズムが明らかに:材料技術 - MONOist

 

https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2506/25/news039.html

 

monoist.itmedia.co.jp

 

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Scientists developed a new tunable boron-doped cobalt phosphide catalyst with low cost and high efficiency for electrochemical water-splitting.

 

Date: June 20, 2025 Source: Industrial Cooperation & research Planning team, Hanyang University ERICA Summary: Researchers in South Korea have developed a powerful and affordable new material for producing hydrogen, a clean energy source key to fighting climate change. By fine-tuning boron-doping and phosphorus levels in cobalt phosphide nanosheets, the team dramatically boosted the efficiency of both sides of water-splitting reactions. This advancement could unlock scalable, low-cost hydrogen production, transforming how we generate clean fuel

 

A new boron-doped cobalt phosphide catalyst makes hydrogen production cheaper and more efficient, outperforming high-end materials and running for over 100 hours paving the way for greener, large-scale hydrogen energy. Credit: Shutterstock

 

To reduce greenhouse gas emissions and combat climate change, the world urgently needs clean and renewable energy sources. Hydrogen is one such clean energy source that has zero carbon content and stores much more energy by weight than gasoline. One promising method to produce hydrogen is electrochemical water-splitting, a process that uses electricity to break down water into hydrogen and oxygen. In combination with renewable energy sources, this method offers a sustainable way to produce hydrogen and can contribute to the reduction of greenhouse gases.

 

Unfortunately, large-scale production of hydrogen using this method is currently unfeasible due to the need for catalysts made from expensive rare earth metals. Consequently, researchers are exploring more affordable electrocatalysts, such as those made from diverse transition metals and compounds. Among these, transition metal phosphides (TMPs) have attracted considerable attention as catalysts for the hydrogen generating side of the process, known as hydrogen evolution reaction (HER), due to their favorable properties. However, they perform poorly in the oxygen evolution reaction (OER), which reduces overall efficiency. Previous studies suggest that Boron (B)-doping into TMPs can enhance both HER and OER performance, but until now, making such materials has been a challenge.

 

In a recent breakthrough, a research team led by Professor Seunghyun Lee, including Mr. Dun Chan Cha, from the Hanyang University ERICA campus in South Korea, has developed a new type of tunable electrocatalyst using B-doped cobalt phosphide (CoP) nanosheets. Prof.

 

Lee, explains:

We have successfully developed cobalt phosphides-based nanomaterials by adjusting boron doping and phosphorus content using metal-organic frameworks.

 

These materials have better performance and lower cost than conventional electrocatalysts, making them suitable for large-scale hydrogen production.” Their study was published in the journal Small on March 19, 2025.

 

The researchers used an innovative strategy to create these materials, using cobalt (Co) based metal-organic frameworks (MOFs).

 

Mr. Cha. First, they grew Co-MOFs on nickel foam (NF), notes:

MOFs are excellent precursors for designing and synthesizing nanomaterials with the required composition and structures,

They then subjected this material to a post-synthesis modification (PSM) reaction with sodium borohydride (NaBH4), resulting in the integration of B. This was followed up by a phosphorization process using different amounts of sodium hypophosphite (NaH2PO2), resulting in the formation of three different samples of B-doped cobalt phosphide nanosheets (B-CoP@NC/NF).

 

Experiments revealed that all three samples had a large surface area and a mesoporous structure, key features that improve electrocatalytic activity. As a result, all three samples exhibited excellent OER and HER performance, with the sample made using 0.5 grams of NaH2PO2 (B-CoP0.5@NC/NF) demonstrating the best results. Interestingly, this sample exhibited overpotentials of 248 and 95 mV for OER and HER, respectively, much lower than previously reported electrocatalysts.

 

An alkaline electrolyzer developed using the B-CoP0.5@NC/NF electrodes showed a cell potential of just 1.59 V at a current density of 10 mA cm-2, lower than many recent electrolyzers. Additionally, at high current densities above 50 mA cm-2, it even outperformed the state-of-the-art RuO2/NF(+) and 20% Pt-C/NF(−) electrolyzer, while also demonstrating long-term stability, maintaining its performance for over 100 hours.

 

Density functional theory (DFT) calculations supported these findings and clarified the role of B-doping and adjusting P content. Specifically, B-doping and optimal P content led to effective interaction with reaction intermediates, leading to exceptional electrocatalytic performance.

 

Prof. Lee, says:

Our findings offer a blueprint for designing and synthesizing next-generation high-efficiency catalysts that can drastically reduce hydrogen production costs,

“This is an important step towards making large-scale green hydrogen production a reality, which will ultimately help in reducing global carbon emissions and mitigating climate change.

 

Source:  Hydrogencentral

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 東芝エネルギーシステムズ株式会社(以下、東芝ESS)および株式会社東芝(以下、東芝)は、工場などから排出される二酸化炭素(CO2)を電気分解して一酸化炭素(CO)に変換し、合成燃料や化学品など価値ある資源に再生するP2C(Power to Chemicals)の中核となるCO2電解技術について、社会実装規模と想定する年間150トンのCOを生成できるCO2電解装置「C2One™」のプロトタイプ機を開発しました。本プロトタイプ機を用いた実証運転を昨年11月から東芝ESSの浜川崎工場(神奈川県川崎市)で行ってきましたが、このたび社会実装に向けて必要となるデータを得て、完了しました。

 脱炭素社会の実現に向けては、工場などの産業部門におけるCO2排出量の削減が不可欠です。特にCO2排出量が多い産業における削減は喫緊の課題となっており、それに対応できる技術として、再生可能エネルギーを用いてCO2を資源化するP2Cへの期待が高まっています。P2Cプロセスのうち、CO2の分離回収技術、COと水素を反応させるFT合成技術 注1はすでに実用化されています。しかし、CO2資源化サイクルの完成に必要なCO2をCOに還元する技術はまだ開発中であり、各国で実用化に向けた取り組みが進められています。

 東芝は、人工光合成技術を用いて、常温常圧に近い条件では水に溶けにくいCO2を気体状態のままCOへ直接電解できる三相界面制御触媒技術を開発し、2019年には世界最高レベルの変換速度でCO2からCOを生成することに成功しました注2。一般的なCO2還元技術では、還元材料に大量の水素が必要となることに加え、CO生成に850℃程度の高温条件が必要となるため取り扱いが難しく、また生成コストが高くなります。対して東芝のCO2電解技術では100℃未満・低圧(0.2MPa)という低温・低圧条件での反応が可能であり、また還元材料として水素も不要となることから、取り扱いが容易で、より安全かつ低コストなCO生成が期待できます。

 さらにCO2電解装置の中核部品であるセルスタックは、東芝ESSがこれまで製造してきた純水素燃料電池システム向けのスタックと構造が似ており、既存の製造技術と製造ラインの一部を活用することができます。東芝独自のCO2電解技術をもとに、東芝ESSがこれまで培ってきたセルスタック製造技術を生かし、今般、社会実装規模のCO2電解装置を開発して実証運転を行いました。

 開発した「C2One™」のプロトタイプ機は年間約250トンのCO2を処理でき、年間150トンのCOを生成可能な設計としました。これは持続可能な航空燃料(SAF)で換算すると1BPD注3程度が製造できるCO量となります。本プロトタイプ機を用いてCO2電解装置としての安全な動作に加え、想定通りのCOの生成ができるか、需要に応じた負荷が変動する運転に対応できるか、などの点を実証運転にて確認しました。これらの実証を通じ、CO2電解装置の社会実装に向けた多くの知見を得て、評価を完了しました。

 東芝グループは、今般の実証の結果を踏まえ、同規模の「C2One™」の早期の社会実装を目指すとともに、さらなる大規模化を目指した開発も進め、P2Cの早期実用化に貢献してまいります。

 なお、本実証は、東芝グループが環境省から委託を受けた「二酸化炭素の資源化を通じた炭素循環社会モデル構築促進事業(人工光合成技術を用いた電解による地域のCO2資源化検討事業)」で行っています。

 

注1 フィッシャー・トロプシュ(FT)反応を用いたCOと水素から液状の炭化水素を合成する技術

注2 https://www.global.toshiba/jp/technology/corporate/rdc/rd/topics/19/1903-02.html

注3 BPDはbarrel per dayの略。年間150トンのCOを全量SAFに変換した場合、1日1バレル相当のSAFを生成できる。

「C2One™」プロトタイプ機の概要・特長


概要

サイズCO生成量
W 6.1m x L 2.4m x H 2.6m
年間150トン

特長

  • 20フィートコンテナに納まる(約15㎡)標準モジュール構成とし、需要に応じて増設可能
  • CO生成量について、定格の30%~100%まで需要に応じた生成が可能
  • 100℃未満かつ低圧(0.2MPa)でのCO2電解プロセスを採用

浜川崎工場に設置した「C2One™」


P2Cプロセス(炭素循環社会モデルのイメージ)


ニュースリリースに掲載されている情報(製品の価格/仕様、サービスの内容及びお問い合わせ先など)は、発表日現在の情報です。予告なしに変更されることがありますので、あらかじめご了承ください。最新のお問い合わせ先は、東芝エネルギーシステムズ株式会社に関するお問い合わせをご覧下さい。

 

年間150トンのCOを生成可能なCO2電解装置「C2One™」の実証運転を完了 | ニュースリリース | 東芝エネルギーシステムズ

 

年間150トンのCOを生成可能なCO2電解装置「C2One™」の実証運転を完了 | ニュースリリース | 東芝

 東芝エネルギーシステムズ株式会社(以下、東芝ESS)および株式会社東芝(以下、東芝)は、工場などから排出される二酸化炭素(CO2)を電気分解して一酸化炭素(CO)に変換し、合成燃

www.global.toshiba

 

 

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