2018 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative biomass fuel cells using waste woody baimass directly as fuel
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17K19087
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
日比野 高士 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (10238321)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 廃棄バイオマス / 燃料電池 / 中温作動 / 低炭素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースとオルトリン酸懸濁液の物性評価：モデルバイオマス成分として市販のセルロースを使用した。これをオルトリン酸と混合し、100から200℃で熱処理し、可溶成分と不溶物を分離した。GPC法によるセルロースの分子量測定の結果、原料サンプルでは平均分子量が68,300であったが、150と200℃の可溶成分にはGPC法で検出できるセルロースが存在していなかった。LCMS法で150と200℃可溶成分を分析したところ、単から四糖類誘導体が可溶成分で観察された。これより、セルロースはオルトリン酸溶液によってC10－C17成分に加水分解されていることが判明した。
燃料極におけるアノード反応の解明：Pt/Cアノードにセルロースとオルトリン酸の混合懸濁液を燃料として付与し、キャリアガスとしてアルゴンを流通して、出口ガスを質量分析した。開回路では何も検知されなかったが、放電すると二酸化炭素が生成し、またその量は電流密度とともに増加した。アノード反応を四電子反応と仮定した場合の電流効率はほぼ100%であった。従って、セルロース加水分解生成物が水分子と反応し、二酸化炭素とプロトンに酸化されていると結論した。
高活性燃料極の開発：バイオマス燃料電池構成部材の中で大きな電気抵抗を示す燃料極（Pt/C）の特性を改善するため、Ptと他元素の合金化を行い、これらの電極性能を比較した。最適化の結果として、PtFe/C（Pt:Fe=1:1）が最も低い電気抵抗を示し、これを燃料極として用いることによって燃料電池出力が30 mW cm-2（Pt/Cでは23 mW cm-2）に到達した。
木質バイオマス燃料への展開：燃料として、ヒノキ、ティッシュペーパー、ベニヤ板を使い、燃料電池特性を評価した。出力密度はティッシュ、ヒノキ、ベニヤで27、22、15 mW cm-2に到達した。
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