水素の消費

PEM燃料電池触媒および触媒コーティング膜(CCM)

プロトン交換膜(PEM)燃料電池は水素と酸素を水に変換し、それによってエネルギーを放出します。燃料電池の核は、両面が白金系触媒で覆われたポリマー電解質膜です(触媒層付き膜、CCM)。

PEM燃料電池、燃料電池オペレーション

プロトン交換膜(PEM)燃料電池は水素と酸素を水に変換し、それによってエネルギーを放出します。燃料電池の核は、両面が白金系触媒で覆われたポリマー電解質膜です(触媒層付き膜、CCM)。

PEM燃料電池は、蓄電、資材運搬車両、小型輸送・大型輸送等、さまざまな可動用途や定置用途に使用することができます。輸送部門では、燃料電池式電気自動車はバッテリー式電気自動車と部分的に競合しています。しかし、走行範囲がより広く給油回数がはるかに少ないという性質上、水素燃料電池自動車は長距離輸送や大型輸送に最適な技術です。

二酸化炭素排出量削減と気候中立社会を作るという使命に対して総力を上げて取組みが行われているため、広い範囲でPEM燃料電池の成長が見込まれています。これは、世界各地での燃料電池型電気自動車の導入と、そのコストの大幅な削減へとつながります。

ヘレウスが提供するCCMのカソード・アノード側用の貴金属系触媒は、さまざまな燃料電池に使用されています。

  • 定置式
  • 資材運搬車両
  • 乗用車
  • 大型輸送
  • 電車・バス

ヘレウスのPEM燃料電池触媒製品

ヘレウスの白金系触媒は、PEM燃料電池において、燃料電池スタックの両極の電極反応を促進することで、さまざまな条件下でH2 とO2 から水を生成し、高効率でエネルギーを生成するのに役立っています。

ヘレウスは、貴金属担持量が異なる様々なPEM燃料電池触媒製品を提供しています。

また、設備の整ったオンサイトラボラトリーやテストセンターでの試験を通じ、お客様のニーズに最適なソリューションを探ります。

製品名 Actydon | Pt C100 +
Actydon | Ir 80 X
Actydon | Pt C700 Actydon | Pt M700 Actydon | Pt 50 K700
製品説明

グラファイト化炭素材料上に
20~40 wt%のPtを担持 より高いCRTを実現するため、
OER添加剤を選択可能

高表面積カーボン上に 20~60 wt%のPtを担持 高表面積カーボン上に 40~50 wt%の安定化 したPtを担持 高表面積カーボン上の50 wt.% PtCo
ハイライト 高セル反転耐性 > 8000 s (15 gIr/cm²) (OER添加剤なしのとき約75 s )** 最適化された白金表面の 利用→高ECSA Improved Pt dissolution stability 確立されたPtCo/C触媒と比較して高いPt溶解安定性
ECSA [m²/gPt] > 40 > 70 > 60 > 45
セル電圧
@ 0.1 A/ cm² (CCM)* [V]
約 0.80 約 0.84 約 0.84 約 0.84***
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*自動車向け条件  **-1.25 Vcellまでのセル反転許容時間 ***At 0,2mgpt/cm2

PEM燃料電池用触媒のエキスパート

Steffen Kitzing水素発生・消費用電極触媒、部品コーティング、リサイクル
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Catalyst Coated Membranes (CCM) / Membrane Electrode Assembly (MEA) for Fuel Cells

Heraeus Precious Metals advanced CCM and MEA solutions are developed to meet the requirements of modern fuel cell stacks and systems. Whether deployed in commercial vehicles such as buses and trucks, marine vessels, or stationary power units, these solutions are engineered to deliver outstanding durability, high efficiency, and long service life. Combining the know-how in stack design and system integration by Freudenberg e-Power Systems with the in-depth expertise in precious metals catalysts by Heraeus Precious Metals, we offer high alingment with modern fuel cell operation, industrial production scales and precious metals services that enable large production volumes.

 

Catalyst Coated Membranes (CCM)

Catalyst Coated Membranes are critical components for fuel cell systems, as catalyst and catalyst layer design largely determine the overall system-level performance and durability. The quality of the CCM is pivotal for the efficiency, performance, and durability of fuel cells, enabling reduced operating costs over the whole lifespan of a stack.  

With this partnership, Heraeus Precious Metals and Freudenberg e-Power Systems were able to create unique layer structures and catalyst particle size and distribution that enhance the performance in terms of both efficiency and durability. The performance and stability optimized CCMs thus lead to a long lifetime and lower total cost of ownership. 

This results in a empirically proven CCM portfolio that addresses all aspects of commercial and technical competitiveness.

mea-inner-layer
© Freudenberg e-Power Systems
   Actydon | CCM 01 Actydon | CCM 02
Highlight High efficiency, flexible humidity range, 
high durability
High current density, high durability
Cell voltage* @ 0.1 A/cm² [V] 0.88 0.86
Current density* @ 0.65 V [A/cm2] 1.9 2.0

* Differential setup (RH 95%, 80 °C) 

 

  • Efficiency: Enhanced Catalyst efficiency.

  • Durability: Extended operational lifespan with minimal degradation.

  • Automation: Highly automated roll-to-roll production processes. 

  • Sustainability: Manufacturing with efficient use of resources.

  • Circularity: Holistic precious metals sourcing and recycling concept.

© Freudenberg e-Power Systems

Membrane Electrode Assembly (MEA) for Fuel Cells

All high-volume catalyst-coated membrane (CCM) variants are also available as membrane electrode assembly (MEA) configurations utilizing the know-how of FEPS in sealing technologies and gas diffusion layers (GDL). The available MEA7 structure is a 7-layer structure, compried of CCMs laminated with advanced gas diffusion layers (GDLs) and customized frame. A tailored sealing solution integrates the entire cell architecture into a precisely engineered polymer frame, ensuring easy handling and efficient integration into fuel cell stacks. This sealing approach effectively eliminates gas crossover, contributing to extended operational lifetimes. 

By adopting Heraeus Precious Metals’ high-volume MEA program, you gain access to the full performance advantages of the unique CCM technology while minimizing the cost for MEA manufacturing equipment. This strategy enables a reduction in the Total Cost of Ownership (TCO) for PEM fuel cells through three key avenues: a) utilization of high-performance, durability-enhanced catalysts; b) operational cost savings via the scalable production facility; and c) sustainable material management through closed-loop recycling, covering both production waste and end-of-life components. 

© Freudenberg e-Power Systems
  • Activity: Engineered GDL and MPL structures for enhanced mass transport properties.

  • Assembly: The MEA7 features a structurally reinforced design with an integrated frame, streamlining the fuel cell stack assembly process. 

  • TCO: Reduction of the total cost of ownership (TCO) of PEM fuel cells through performance- and stability-optimized catalysts and electrodes, as well as expertise in metal management and recycling

  • Efficiency: Innovative precious metal deposition results in optimal platinum utilization. 

  • Durability: Long lifetime for your application by using electrode layers designed for best stability and reliability. 

  • Industrial Scale: Proven industrialization competence in electrochemistry. Established and highly efficient manufacturing technology with integrated quality controls. 

Customized CCM and MEA

CCMs and MEAs can be customized to align with the specific requirements of your application, ensuring optimal performance where it is most critical. Leveraging Heraeus Precious Metals’ proprietary catalyst manufacturing technology, you are enabled to maintain outstanding quality while keeping production costs low. This allows for exceptional efficiency and extended operational life, driven by highly active and durable catalyst layers. 

These modular, multi-layer assemblies are engineered for high-volume manufacturing and incorporate proprietary sealing materials that provide long-term protection for the active regions throughout all MEA layers. Integrated into a precision frame using a patented lamination technique, they enable simplified handling and streamlined assembly. Heraeus Precious Metals’  MEAs deliver consistent, high-efficiency performance even under demanding, heavy-duty conditions, maintaining reliability across a broad spectrum of humidity, temperature, and pressure ranges—without compromising service life. 

By combining extensive fuel cell design expertise with advanced production capabilities, the tailored MEA solutions are both cost-efficient and performance optimized. Heraeus Precious Metals focus is on helping customers minimize fuel consumption and reduce maintenance costs across diverse application environments. 

  • Cost Efficiency: Economical manufacturing processes that reduce overall production expenses. 

  • Longevity: Extended performance life for reliable, long-term operation. 

  • Customization: Tailored solutions designed to meet specific application requirements. 

  • Durability: Ultra-stable catalyst layers designed for prolonged activity and minimal degradation. 

  • Application Focus: Designs optimized to align with the functional demands of each use case. 

 

© Freudenberg e-Power Systems
   Actydon | CCM 01, Actydon | CCM 02 Actydon | MEA 01, Actydon | MEA 02
Membranes Various thicknesses and additives Various thicknesses and additives
Dimensions Variable coating widths
(Max: 460mm)
Customized solutions
(available on request)
Delivery Formats CCM roll or MEA sheets (samples available) CCM roll or MEA sheets (samples available)

 

To deliver this superior level of reliability at industrial scale, Heraeus Precious Metals and Freudenberg e-Power Systems have combined their unique capabilities in a technical partnership: Advanced precious metals expertise meets leading-edge system oriented process know-how, delivering a complete loop from metal sourcing and financing, product supply, to recycling of platinum group metals.

燃料電池の作動を向上させる触媒ソリューション―バランスオブプラント

燃料や酸化剤の化学エネルギーを直接電気に変換する燃料電池は、特に持続可能な分散型電源として、エネルギートランジションの主要技術です。

燃料電池の技術はさまざまです。作動原理、使用する電解質、使用温度や使用している燃料などにより、それぞれに特徴があります。そして、燃料電池技術そのものと同様に、燃料電池を環境にやさしく信頼性の高いエネルギー源として機能させるための補助機器に対しても、さまざまな要求があります。

ヘレウス・プレシャスメタルズは、PEM電解槽用燃料電池触媒 PEM電解槽用燃料電池触媒 にとどまらず、ガス処理および排ガス削減に向けた効率的な触媒技術で、これらの課題に対応しています。

燃料の加工について、ヘレウスは選択的酸化(PROX)や選択的メタネーションなどによる改質、水性ガスシフト、ガス精製用の触媒ソリューションを、すべて独立分散型システム運用のニーズに応じて提供します。ヘレウスの不均一系触媒についての詳細は:触媒の選択 触媒セレクター をご利用ください。

ヘレウス・プレシャスメタルズは、長年にわたる排ガス触媒 エミッション触媒 製造の経験によりオフガス処理用の効率的で耐久性のある触媒の製造と、触媒燃焼によるエネルギー回収が可能です。

各燃料電池技術には、それぞれ利点と制約があり、それによってその技術に最も適した用途が決定されます。ヘレウス・プレシャスメタルズは、バルク触媒とオーダーメイドの触媒コーディネートお客様のバランスオブプラントを個々のミッションに最適に合わせるサポートを行います。

燃料電池の作動を向上させる触媒ソリューションのエキスパート

Dr. Kai-Chin Changガス精製用触媒, 水素化, アンモニア, プラントバランス, 排出削減
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Kai-Chin Chang

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