現在、日本を含む120以上もの国と地域が「2050年カーボンニュートラル」の目標を掲げ、脱炭素化に向けた様々な対策の検討が国・地域・企業レベルで進められています。目標の達成に向けては、再エネの普及が不可欠です。しかし、再エネは気候や天候による変動が大きく、また、国内・海外ともに発電施設が再エネに適した地域に偏在しており、安定かつ安価な電力供給のためには、電力を貯蔵し輸送する手段が必要になります。そこで、再エネによる電力を、水を介して水素に変換し、貯蔵・運搬するP2Gが注目されています。
　P2Gにおいて、CO2を排出せず再エネを水素に変換する水電解装置は、「2050年カーボンニュートラル」の実現に向けた基幹製品です。特に電力変動への適応性に優れ耐久性も高いPEM水電解は、欧米を中心に盛んに開発が進められています。
　PEM水電解では、電解質膜と電極が一体化したMEA（膜電極接合体：Membrane Electrode Assembly）を用いて水電解を行います（図１）。大規模な電力を水素に変換するには、MEAを何枚も積み重ねることが必要になり、MEAの市場規模は2028年には5.8億ドル程度になると予測されています（*2）。
　一方で、PEM水電解では、十分な電解効率を確保するために、MEAで使用する電極に大量のイリジウムを必要とすることが課題となっています。イリジウムは世界の年間生産量が7 ～10 tの希少金属であり、同様に希少な白金（Pt）の年間200 tと比べても圧倒的に少なく、さらには地金価格もPtと比較して4～5倍と非常に高価なことから、実用化においては、イリジウム使用量の大幅な低減が求められています。（*3）
　従来、電極形成時には、微粒子の酸化イリジウム触媒を均一に塗布する方式が採用されていますが、酸化イリジウム触媒の塗布量を削減すると塗布ムラが生じ、反応が不均一になるため性能が悪化する課題がありました。
 

図１：MEAの構成概略図

本技術の特長
　当社は、新たに成膜技術であるスパッタリング法（図2）を用いて、酸化イリジウムナノシートと空隙層が交互に配置された独自の積層触媒構造 を開発しました（図3）。スパッタリング法は、真空下でターゲットと呼ばれる成膜材料にアルゴンなどのイオンを衝突させ、はじき出された粒子を基材に堆積させる手法です（図2）。ターゲットとしてイリジウムを用い、基材に堆積させる際に酸素を投入することで酸化イリジウムの薄膜を形成します。この手法により、ナノメートルオーダーでの膜厚を制御することができ、イリジウムの使用量が少ない場合も均一な酸化イリジウム層を成膜することが可能となります。