韓国の蔚山科学技術院の Jaephil Cho 氏が率いるチームによって導入された炭化メラミンフォームは、燃料電池とバッテリー内の酸素を還元する新しい高効率電気触媒であり、コストを削減しながら高効率の金属空気バッテリーと燃料電池を提供できるソリューションを提供します。
韓国とアメリカの科学者チームは、安価なメラミンフォームとカーボンブラックをベースにした、電極用の新しい材料を発表した。高い多孔性により物質輸送が促進され、触媒活性中心の数が多いため、燃料電池や金属空気電池のカソードにおける酸素還元活性が飛躍的に向上する。
燃料電池と金属空気電池の正極で起こる反応は、酸素の電気化学的還元、すなわち酸素還元反応（ORR）です。この反応は速度が遅いため著しく阻害され、電池の効率は本来の性能よりも低下します。
触媒カソードは、アルカリ溶液中で酸素が水と反応し、電子を奪ってOHイオンを形成することを確実にしなければなりません。問題は、固体、液体、気体の反応物を含む複雑なシステムでは、輸送プロセスが遅くなりすぎて、特に高電流密度で放電する場合にプロセスが阻害されることが多いことです。
白金などの触媒活性金属を微細に分散させた多孔質炭素担体（カーボンブラック）で作られたカソードは、この速度論的阻害を非常に効果的に最小限に抑えることができます。しかし、高価で安定性が低いため、広範囲に適用するのは現実的ではありません。
そこで、蔚山科学技術院（韓国）のジェフィル・チョ氏とジョージア工科大学（米国）のメイリン・リウ氏が率いるチームは、より経済的な代替手段の開発を目指した。
彼らは防波堤のテトラポッド構造（ギリシャ語でtetra：4、podes：足）に着想を得て、新たな高効率電気触媒を合成しました。テトラポッドは、仮想の正四面体の角に4本の「足」を向けた構造で、海岸やダム、桟橋の近くに建設され、岸に打ち寄せる波の力を弱めます。また、これらの構造物は、多数の大きな空洞を海洋生物の保護区として利用しています。メラミンフォームを熱分解し、乳鉢と乳棒で粉砕すると、テトラポッドに似た微細な破片が生成します。
研究者らは、メラミンフォームを塩化鉄と窒素ドープケッチェンブラック（導電性カーボンブラックペレット）で処理した。この生成物を炭化し、硫酸で抽出した。得られたカーボンブラックナノ粒子が散りばめられたナノテトラポッドは、非常に高い比表面積と多数の触媒活性中心（Fe/Fe3C、CN基などの基）と多数の細孔を有し、迅速な物質移動を可能にします。この新しい電極材料で作られた正極は、金属ベースの正極に匹敵する優れた耐久性と性能を備えながら、はるかに低価格です。これは、安価で高効率な新世代の金属空気電池および燃料電池への非常に有望な出発点となる可能性があります。
SINOYQXは、燃料電池やバッテリー内の酸素濃度を低減するためにメラミンフォームを炭化させる取り組みにおいて、中国のいくつかの研究機関や大学を支援している。
一部はhttp://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.htmlから引用。