TANAKA的企業努力

對能源革新有所貢獻的貴金屬材料

(2010年 春季)

田中貴金屬工業著手開發貴金屬的歷史已長達125年。田中貴金屬在提供貴金屬材料的同時,將其開發的應用技術貢獻於先進工業產品的進化。而現在,田中貴金屬所專注的領域是環境、資源事業。本次,在環境、資源事業四大支柱中的「新能源」領域方面,關於主要的貴金屬材料之作用,與田中貴金屬的最新發展的相關事業內容,我們訪問到的是田中貴金屬董事技術開發部門部長—田中秀昌與技術開發相關人員。

座談會情形

座談會情形

田中 秀昌 田中貴金屬工業 董事 技術開發部門部長

田中 秀昌
田中貴金屬工業
董事 技術開發部門部長

田中貴金屬集團與環境、能源事業

─「新能源」與貴金屬的關係。

田中

「新能源」,是與「環保材料的開發」、「資源循環」、「環境淨化」同樣都是田中貴金屬集團所推行的環境、能源事業中的重點課題之一(圖1)。在開發貴金屬材料應用領域上也採取積極態度的田中貴金屬集團,已經在電子領域上建構了許多實績。新能源就是將在全新的領域中,更積極地推行技術開發及市場開拓。
在新能源的領域中,貴金屬材料有著許多實用的技術。例如,在產生能源之可再生能源領域中,燃料電池及太陽能電池深受矚目,其中貴金屬材料就具有相當重要的作用。可再生能源與能源儲存等兩個領域中所需要的產氫技術方面,貴金屬材料就是關鍵技術之一。甚至,現在全球逐漸重視的節約能源領域中,貴金屬材料也在各種方面有所助益。

圖1. 田中貴金屬集團的環境、能源事業的四大支柱

圖1. 田中貴金屬集團的環境、能源事業的四大支柱

燃料電池用觸媒的市占率為60%

─請具體說明貴金屬材料在新能源領域中的作用。

小椋

首先,先來談談在能源領域中引起廣大注目的燃料電池與太陽能電池。
燃料電池是利用電化學反應,將燃料所擁有的化學能源變換成電氣能源的技術,其最大的特徵就是可以獲得比傳統發電方式更高的發電效率。並且,發電製程所排出的物質不會對環境造成負擔。燃料電池所利用的是氫與氧的反應。在此製程中所產生的物質是水。
燃料電池有幾種種類,使用貴金屬材料的是質子交膜燃料電池(PEFC)及直接甲醇燃料電池(DMFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)。在這些燃料電池中,貴金屬材料被作為讓氫與氧反應的電極觸媒。具體來說,就是直徑30nm左右的碳粒子(載體)與直徑2nm~4nm的Pt(白金)、PtCo(白金鈷)或者是PtRu(白金釕)粒子結合的材料(圖2)。
田中貴金屬集團於1985年著手開發電極觸媒,這也成為田中貴金屬邁入新能源領域的契機。現在,田中貴金屬正以高分子膜燃料電池、直接甲醇燃料電池專用的材料作為事業拓展的中心,在此市場當中,已經獲得了60%以上的市占率。今後也將致力於開發觸煤,對於提升燃料電池的高性能化、低成本化、耐久性作出更多貢獻。

小椋 文昭 田中貴金屬工業 技術開發部門 FC觸媒開發部 副部長

小椋 文昭
田中貴金屬工業
技術開發部門
FC觸媒開發部
副部長

圖2. 質子交換膜燃料電池專用的觸媒

圖2. 質子交換膜燃料電池專用的觸媒

貢獻太陽能電池面板的輕量化

─關於另一種太陽能電池。

榎本

太陽能電池也有許多種類,而貴金屬材料活用於各種種類的太陽能電池中。例如,已經十分普及的矽(Si)晶太陽能電池及矽(Si)薄膜太陽電池中所使用的配線材料,就使用了Ag(銀)膏材。設置於太陽能電池背面的反射膜也使用了Ag。除此之外,不使用Si的化合物類太陽電池,其配線材及反射膜也使用了Ag。
在各式各樣的太陽能電池中,貴金屬材料顯得極為重要的就是染料敏化太陽電池。染料一旦照射到光線,電子能階就會提升,流入TiO2(二氧化鈦)電極,利用此種太陽能電池,就能夠以比使用Si的太陽能電池更低的成本,進行產品化。此外,經由組合具有各種色調的染料,就可以實現多彩的太陽能電池,因此染料敏化型的實用化在更為寬廣的領域中十分受到期待。現在,這種太陽能電池專用的各種染料材料正在持續開發中,而每種染料材料所使用的貴金屬材料皆為Ru(釕)。
田中貴金屬集團於2009年起便著手開發染料敏化太陽電池用染料。Ru是Pt族中的一項物質,而我們則是可以穩定供給Ru之少數企業的成員之一。並且,在作為染料原料之有機材料與金屬融和的技術方面,我們擁有許多的專業知識。我們深信有效運用這樣的優勢,一定可以提供更優良的材料。本集團的當前目標為,開發可以將具有高達約10%轉換效率的染料敏化太陽電池實用化的材料。據說染料敏化太陽電池的市場將會在2012年開始營運。我們的方針就是配合市場的演變,確立技術。

榎本 貴男 田中貴金屬工業 技術開發部 化合物開發團隊 副部長

榎本 貴男
田中貴金屬工業
技術開發部
化合物開發團隊
副部長

掌握燃料電池車普及的關鍵技術

─請說明貴金屬在產氫技術方面的作用。

嶋 邦弘 田中貴金屬工業 技術開發部門 技術開發部 新產品開發團隊 計劃負責人 首席技術員

嶋 邦弘
田中貴金屬工業
技術開發部門
技術開發部
新產品開發團隊
計劃負責人
首席技術員

圖3.氫滲透膜用Pd素材

圖3.氫滲透膜用Pd素材

氫被視為有益於環境的綠色能源,現在備受矚目。例如,燃料電池車的燃料也是採用氫。除此之外,利用氫的引擎也正在持續開發。
開發有效的產氫系統是利用氫能源所不可欠缺的事情。用來產生氫的材料之一就是水。水經過電解即可得到氫。事實上,水的電解所使用的電極之主要材料是Pt及Ir(銥)等貴金屬。改質煤氣並產生氫的系統現已實用化,而這些改質器也是使用Ru類的觸媒。
另外一種被期待開發應用的產氫技術是,使用Pd(鈀)的氫滲透膜。Pd的薄膜具有僅能讓氫穿透的性質。也就是說,只要利用氫滲透膜,就可以從含氫的氣體中抽出高純度的氫。現在這項技術已被實用化,而且也已實際用於半導體製造所使用的製程氣體之超高純度精製(圖3)。
在促進氫能源利用方面,這項技術值得矚目的地方就是,可以將構造簡單化且將裝置小型化的部分。例如,現在燃料電池車所使用的製氫系統,採用了將天然氣及甲醇等改質,並且利用吸附劑去除不需要成分的PSA法。如果將這種方法置換成使用Pd膜精製氫的方式,裝置的容積將可縮小至三分之一。甚至,還可以將改質製程的溫度從700℃~800℃降低至500℃~550℃。並且,應該還可以將效率從30%提高至70%。
若要使用這項技術,將消費者專用的氫供給裝置實用化,就必須更加提升使用氫滲透膜的系統處理能力。為此,就必須確立可以製造出10μm左右的完美鈀薄膜之技術。因為滲透膜越薄,即可增加氫的滲透量。田中貴金屬集團目前的技術已經可以製造出厚度5μm的Pd薄膜,今後也將根據這項技術,進行量產用氫滲透膜的開發。日本現正計畫從2015年開始將加氫站實用化。我們的當前目標就是即時趕上該計畫。

在製造工程活躍的貴金屬

─關於「節約能源」

原 範明 田中貴金屬販賣 行銷部 副部長

原 範明
田中貴金屬販賣
行銷部 副部長

圖4.為養成藍寶石單晶所使用的Ir的坩堝

圖4.為養成藍寶石單晶所使用的Ir的坩堝

在節約能源用之貴金屬材料的應用中,今後市場發展上備受期待的是LED。由於LED燈在維持明亮的同時,耗電量可以比傳統白熾燈減少更多,所以高亮度的白色LED便以有益於節約能源之照明用光源而備受矚目。今後,LED燈應該會在工廠、辦公室及家庭等所有地方逐漸普及吧!以節約能源相關的LED應用來說,另一項不能遺漏的產品就是大畫面液晶電視的背光源。雖然過去都是使用冷陰極管,但現正迅速將冷陰極管置換成LED。因為LED有助於減少耗電量。
事實上,構成白色LED的材料中含有各式各樣的貴金屬材料。例如,Au(金)、Pt等各種貴金屬材料就被利用於電極及金屬阻障、其他疊層金屬薄膜。在高亮度LED中,會將提高光利用效率用的反射膜設置在發光層的下方,而這種材料就是Ag合金。除此之外,包裝的封裝材料則是使用Ag和Sn(錫)。
貴金屬材料也活用於LED構成材料的製造工程中。例如,LED元件的基板要使用藍寶石單晶,而在養成藍寶石單晶的其中一項工程中,就必須在坩堝中使用高熔點的Ir。使用這種Ir的坩堝就是田中貴金屬工業的重要產品之一(圖4)。

─在新能源領域方面,貴金屬材料的作用真的非常多元化。

田中

沒錯。並且其中許多貴金屬都沒有替代材料,而且用途也不少。也就是說,貴金屬材料具有相當重要的作用。田中貴金屬集團在新能源領域方面,正積極開發擴展貴金屬材料可能性的基礎技術,同時,更謀求與元件製造商及機器製造商等應用產品的製造商共同合作,致力於實用化相關技術。在實用化的階段中,我們將考慮以材料供給等各種形式,支持應用產品製造商及相關使用者。為了有效應用貴重資源,我們也會採取貴金屬材料再利用的方針。目前開發中的各種技術正逐漸邁入實用化階段,而在新能源領域方面,田中貴金屬集團的存在感應該會更進一步地提升。今後請務必持續關注我們的動向。

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