グラフェンで保護された水素燃料電池がトラックの効率を向上

UCLAとカリフォルニア大学アーバイン校の研究者は、水素燃料電池用の白金粒子を微小なグラフェンのポケットで保護する触媒を開発した。9万回の加速電圧サイクル試験後、出力低下は1.1％未満だった。20万時間を超える寿命はこの試験からの推計であり、トラックが実際にそれだけ走行したという結果ではない。

大型車と水素燃料電池

燃料電池は水素の化学エネルギーを電気に変え、車両の使用中には水を排出する。長距離走行や積載量、補給時間の条件によっては、水素が大型トラックの選択肢となる。ただし電池式トラックがすべての用途に不向きというわけではない。航路や道路、燃料価格、充電・補給網などに応じて比較する必要がある。水素の製造と輸送に伴う排出も考慮すべきだ。

触媒の劣化という課題

高分子電解質膜を使う燃料電池では、反応を速める触媒が必要となる。白金や白金合金は電圧変動を繰り返すと活性が落ちることがある。米国エネルギー省が示した大型車向けの最終目標は、燃料電池システム全体で3万時間だ。触媒の推定寿命と、水素タンクなどを含むシステム全体の寿命は区別しなければならない。

グラフェンで白金を守る構造

Nature Nanotechnologyの論文では、純白金の非常に小さな粒子をグラフェンのポケットに収め、多孔質のKetjenblack炭素で支えた。この構造は粒子の移動や凝集を抑えつつ、反応に必要な表面を利用できるようにする。白金を使わない燃料電池を実現したわけではない。

出典：UCLAのHuang研究グループ

測定値と推定寿命

UCLAの発表によると、実験セルの出力密度は約1.08 W/cm²、最大効率は71.9％だった。9万回の矩形波電圧サイクルを加えた後の出力低下は1.1％未満。研究者はこの結果から20万時間以上の潜在的な寿命を推計した。実際のトラックで20万時間使用したわけではなく、タンクや車両のほかの部品も同じ期間耐えると証明したものではない。

関連技術について特許出願が行われた。実用化時期の判断には、システム全体の試験、量産方法、費用の比較が必要だ。以前の記事の「5～10年以内に発売」と、全国の水素補給網が必ず充電網より安いという主張は、この研究では裏付けられていない。

用途と環境への影響

長距離トラック、建設機械、定置用電源などが候補となるが、それぞれ性能と費用の評価が必要だ。車両から水しか出ないことは、水素の製造から供給まで排出がゼロであることを意味しない。製造方法、運搬、価格、貯蔵の安全性を含めて検討する。

リンデと水素産業

リンデ (LIN ) は水素を含む産業用ガスを製造・供給する企業だ。この触媒研究の著者や公表された共同研究先ではない。大学の成果がリンデの売上や株価に直接影響することも示されていないため、以前の古い株価・市場規模の数値は除いた。

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まとめ

グラフェン保護触媒は加速試験で有望な耐久性を示した。しかし長寿命はまだ実験からの推計であり、トラックへの実際の有用性はシステム試験と水素供給全体の条件に左右される。

研究と出典

Z. Liuら、「Pt catalyst protected by graphene nanopockets enables lifetimes of over 200,000 h for heavy-duty fuel cell applications」、Nature Nanotechnology 20、807–814（2025年）；UCLA、2025年4月25日。