2017 Fiscal Year Research-status Report
アンモニア燃料を用いる固体酸化物形燃料電池の低温作動化
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16K05958
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
稲葉 稔 同志社大学, 理工学部, 教授 (80243046)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋之口 道宏 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (60377801)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水素エネルギー / アンモニア / 固体酸化物形燃料電池 / アノードサーメット / ニッケル合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素を二次エネルギーとして利用する水素エネルギー社会では、水素が中心的な役割を果たすが、水素は常温で気体であるため、貯蔵、輸送の効率が低いという問題点がある。そこで、常温で液体であるアンモニア等の化合物が水素代替の二次エネルギーとして期待されている。本研究ではアンモニアを燃料とした固体電解質形燃料電池の開発、特にその課題である高活性アノードの開発を中心に進めている。
平成29年度は、低温動作下でのNH3-SOFCの出力と安定性向上をめざし、活性と化学的な安定性の二つの観点から、新たな燃料極触媒の検討・開発を行った。まず、Niをベースに用いた二元系触媒の触媒活性・耐久性は、触媒金属－窒素間の結合エネルギーと密接に関係しているとの予測から、Niに添加する金属として、窒素との結合が強く、NH3分子吸着能を有するCrに着目し、Ni-Crアノード触媒を作成、低温での性能評価を行った。その結果、Ni-Cr触媒は、純Ni触媒より高い発電性能・安定性を有することを見出した。さらにNiよりも窒素と強く結びつく遷移金属を導入したことで、安定な窒化物が形成され、触媒性能の劣化の原因となるNiの粒子の凝集が抑制されることを明らかにした。
また、アンモニア分解反応に対して高活性な表面構造を構築できると考えられる化学的に安定なペロブスカイト型酸化物(Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ(SFMO), Sr2MoCoO6-δ(SMCO))を新たに合成し、NH3-SOFCの燃料極材料としてその特性を評価した。その結果、SFMO触媒はNH3の改質反応に対してNi燃料極触媒よりも高い活性・安定性を有することを明らかにした。また、Coを添加したSMCOではアンモニア燃料に対する活性がさらに大きく向上することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
燃料極触媒の開発に関しては順調に進んで来ており、Ni合金触媒を用いることで高い活性のみならず、課題である耐久性を向上できている。また、新しい触媒としてペロブスカイト型酸化物がアンモニアに高い活性を有することを見いだすなど着実に成果を上げてきている。一方、セルの低温化に関しては、触媒性能の向上に加えて、低温での電解質のイオン伝導度の向上が不可欠である。当初計画では新規高酸化物イオン伝導体Sr3-3xNa3xSi3O9-1.5xを用いる予定であったが、焼結が難しいこと、酸化物イオンよりもナトリウムイオン伝導性が高いことなどから、昨年度より新たにペロブスカイト系高温プロトン伝導体の利用の検討を進めているが、文献に示されているイオン伝導度が得られないなどの問題が残されており、現在問題点の解決とイオン伝導性の向上を狙った研究を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は主に燃料電池作動温度の低温化を狙って、平成28年度より進めている高温プロトン伝導体の作製法をより詳細に検討し、高いイオン伝導度を得る。また、これを用いた燃料電池を用いてアンモニア酸化特性、発電特性を評価する。
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