フィジカルAIを活用し、生産技術開発の効率100倍以上※1をめざす
株式会社堀場製作所（本社：京都市南区、代表取締役社長 足立 正之｜以下、当社）は、国立大学法人東京大学大学院工学系研究科（所在地：東京都文京区、研究科長：加藤 泰浩｜以下、東京大学）および国立大学法人金沢大学理工研究域（所在地：石川県金沢市、研究域長：松本 宏一｜以下、金沢大学）と、燃料電池の性能を左右する触媒層※2における製造プロセスの一つである混合分散※3プロセスを最適化するシステムの開発（以下、本プロジェクト）を開始しました。また、本プロジェクトの詳細は、2026年3月17日から19日まで東京ビッグサイトで開催される「スマートエネルギー WEEK」にて初公開します。
本プロジェクトは、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（以下、NEDO）が推進する委託事業「水素利用拡大に向けた共通基盤強化のための研究開発事業※4」の一環として、触媒層を構成する触媒インク※5の混合分散プロセスにおいて、最適な条件を自動かつ自律的に探索するシステム「混合分散ROPES(ロープス)」（Robotic Objective Process Exploration System：ロボットとヒトが協調するプロセス探索システム）を開発します。これにより、同プロセスにおける生産技術開発の効率を100倍以上※１に高めることをめざします。東京大学はシステム構想およびプロセス要素技術開発を、金沢大学は混合分散メカニズムの解明を、堀場製作所は複数の装置やソフトを統合する独自のインテグレーション技術を活かしたシステム開発を担当します。本プロジェクトを通じて、生産技術開発の高度化と効率化を加速させ、燃料電池の本格的な普及拡大に貢献します。
 
「混合分散ROPES」の自動実験・自律探索システムのイメージ
【本プロジェクトの背景】
燃料電池の心臓部である触媒層を製造するプロセスには、触媒インクの調合や塗布・乾燥※6など複数の工程があり、要求性能を満たすために、材料の混合比率や混合方法、乾燥温度、乾燥時間など多様な条件を最適化する必要があります。例えば、「お好み焼き」は、同じ材料であっても混ぜ方や焼き方によって、「味」や「舌触り」など決め手となる出来栄えが大きく変わります。触媒層の製造においても同様に、これらの条件の違いが燃料電池の性能に影響します。
燃料電池触媒層の条件探索はこれまで、大型の生産ラインで人が試行錯誤しながら行い、多くの材料を費やして試作・評価を繰り返す実験方法が中心であり、時間とコストを要することが課題でした。こうした課題を解決するため、まず塗布・乾燥プロセスに着目したシステム「塗布乾燥ROPES」を、2025年3月にNEDOの委託事業として、東京大学などと共同開発しました。 同システムは、一般的なエレベーターにも乗せられる小型サイズで、少量の材料で実験を繰り返しながら、AIが少ない試行回数で最適条件を自動・自律的に探索します。これにより、人が同様の作業を行う場合と比べ探索効率を100倍超に高めました（詳細はこちらを参照）。
本プロジェクトでは、製造プロセス全体の高度化に向けた次なるステップとして、混合分散プロセスに着目します。
 
お好み焼きの製法に例えた燃料電池触媒層製造プロセスのイメージ
【本プロジェクトの概要】
「塗布乾燥ROPES」の開発で得た知見をもとに、粒子の分散状態や凝集の程度が最終的な性能に大きく影響する混合分散プロセスに焦点を当てた「混合分散ROPES」の共同開発を開始します。
大型の生産ラインで起こりうる現象を小型ラインで再現しつつ、当社の粒子径分布測定装置を含む多様な分析・計測機器を用いることで、触媒インクの粒子の混合分散状態を評価します。評価結果に基づき、混合分散プロセス条件を自動・自律的に最適化する手法を確立し、同プロセスにおける生産技術開発の効率を100倍以上※１に高めることをめざします。
将来的には、「塗布乾燥ROPES」と「混合分散ROPES」を組み合わせ、燃料電池の触媒層製造における一連のプロセスを最適化するシステムの構築に取り組みます。開発効率向上と生産技術高度化を加速させ、燃料電池の本格的な普及拡大に貢献します。
 
 
※1 人による作業と比べた混合分散プロセスの探索速度（目標）
※2 燃料電池において電極反応が起こる中核部分で、触媒を含む層
※3 複数の材料を混ぜ合わせ、粒子を分散させる工程
※4 NEDO委託事業名は「水素利用拡大に向けた共通基盤強化のための研究開発事業／次世代燃料電池・水電解の要素技術開発／燃料電池生産技術のためのプロセスインフォマティクス」。期間は2025年6月～2030年3月を予定しています
※5 触媒粒子や各種材料を溶媒中に混合・分散したもので、燃料電池触媒層の材料となるインク
※6 触媒インクを塗り、乾かして触媒層を作る工程