・独自に開発した水溶性フラーレン誘導体を燃料電池用電解質膜中に分散し、活性酸素による膜の劣化を大幅に抑制。
・フラーレンのラジカル捕捉能とセリウム（Ce）イオンの相乗効果で耐久性を約10倍に向上。フッ化物イオン排出量も90％以上低減。
・水素社会の中核を担う燃料電池の耐久性を大幅に引き上げ、その用途を大型トラック、船舶、鉄道、建機などへの多用途展開に貢献する成果。
 
名古屋大学大学院工学研究科および未来社会創造機構マテリアルイノベーション研究所の松尾 豊 教授、川角 昌弥 特任教授らの研究グループは、独自に開発した水に溶けるフラーレン誘導体を用い、プロトン交換膜型燃料電池（PEMFC）の心臓部である高分子電解質膜の耐久性を劇的に改善する技術を開発しました。
フラーレンは強力なラジカル消去能を持ちますが、水や電解質膜との相性が悪く膜中で凝集してしまい、実用化には課題がありました。本研究では、ヒドロキシ基やカルボキシ基を特定の位置に導入した新規フラーレン誘導体を合成し、ナフィオン電解質膜中に均一分散させることに成功しました。
これらのフラーレン誘導体はラジカルクエンチ能により単独でも電解質膜の分解を抑制しますが、さらに微量のセリウムイオンをキレート配位させることで、耐久性が飛躍的に向上しました。膜の分解指標であるフッ化物イオンの放出量は、フェントン試験において従来膜の10分の1以下となりました。高温・高電位保持条件下での加速的な耐久試験において、燃料電池の動作寿命は100時間から最大1050時間へと10倍以上に延伸され、排出水中のフッ化物イオンの排出速度は、フラーレン誘導体未添加膜と比較して1/50になりました。
本研究の成果は、水素エネルギー社会の実現に向けて鍵となる燃料電池の耐久性向上と、より長期間の耐久性が要求される大型トラック、船舶、鉄道、建機などへの多用途展開に貢献するものです。さらに、水に溶けるフラーレン誘導体を用いたラジカル制御技術は、燃料電池材料に限らず、膜分離、触媒、医療材料など広範な分野への応用も期待されます。
本研究成果は、2025年7月14日18時（日本時間）付の英国Natureグループの材料科学専門誌『Communications Materials』オンライン版に掲載されました。