2018 Fiscal Year Annual Research Report
Integrated Fuel Cell System Aboard Spacecraft And Applications
| Project/Area Number |
18H01629
|
|---|
| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
|---|
Principal Investigator |
川口 淳一郎 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特任教授 (10169691)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 博英 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究領域主幹 (10770729) [Withdrawn]
岡屋 俊一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 参与 (50724241) [Withdrawn]
松本 純 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (60791887) [Withdrawn]
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 燃料電池 / 推進機関 / 亜酸化窒素 / ダイレクトメタノール燃料電池 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙空間での、燃料電池＋２液推進機関の実証を目指し、地上試験にて推進機関に適用できる、常温下で液体である燃料と酸化剤を用いた燃料電池システムを構築し、その性能評価を実施する。本課題の試験は直前になって酸化剤側容器に微量な漏洩が発見され、同酸化剤は猛毒であることから、試験を繰り越すこととなっていた。安全性を確保したうえで、3D プリンタで製作完了していたヒドラジン改質器を用い、外部熱源を併用してアンモニアまでも分解させる連続水素改質試験を実施した。計画したように温度上昇にともなって水素生成率はたしかに向上したが、未分解のアンモニアの発生がどうしても避けられず、加えて、この組み合わせでは、燃料と酸化剤ともに猛毒の毒性が残り、これが実用化の壁になって残る困難さもしだいに明らかになった。
このため、本2018年度繰り越し経費を用いて、この課題を根本的に克服する方策を再検討し、逆の方針を採用して、酸化剤の連続酸素改質に置き換える方式の予備試験を実施した。 試験では、まず触媒を用いて、ほぼ100%の効率で亜酸化窒素を分解させることに成功した。亜酸化窒素は純無毒で凝固点も十分低く、少なくても触媒を用いて課題の要件を満たすことができるとの感触を得た。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
計画で想定していた結果以上の成果を挙げている。
本2018年度繰り越し経費を用いて、この課題を根本的に克服する方策を再検討し、逆の方針を採用して、酸化剤の連続酸素改質に置き換える方式の予備試験を実施した。
当初の方針での大きな課題は、こヒドラジンと四二酸化窒素の組み合わせでは、燃料電池反応で、硝酸アンモニムが発生し、その結晶が燃料電池内に析出してくることであったが、これを根本的に回避する方策に道を開いたことになる。
試験では、まず触媒を用いて、ほぼ100%の効率で亜酸化窒素を分解させることに成功した。亜酸化窒素の触媒分解は、低温下では医療分野で実用化しており実用性も高い。また亜酸化窒素は純無毒で凝固点も十分低く、少なくても触媒を用いて課題の要件を満たすことができるとの感触を得た。少なくても、当初は解決すべき課題として掲げてこなかった、無毒の酸化剤を連続改質することが可能となった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
一方で、高分解率を目指す場合、分解して得られる高温酸素により、担持された触媒がはがれて喪失してしまうために、同じ改質器のままでは再使用ができなくなる課題が見いだされた。
触媒を用いて、起動時のエネルギー消費を低下させる方法を再吟味し、別の触媒を用いない起動方法を開発して、無毒で凝固点の低い燃料と組み合わせて燃料電池として発電試験を実施することとした。このためには、ヒータを改質器内に設けるのではなく、改質器外に設けつつ反応を初期化させる形式の副改質器を開発することにする。すでに、低温下ではありながらも、90%以上で改質できた事例を見出しており、高い実現の見通しを持っている。
2019年度では、まずこの新起動方式を用いた起動装置を試作し、機能試験を実施したのち、ダイレクトメタノール燃料電池を組み合わせて燃料電池として要求される亜酸化窒素量を実験で確認することを目指すことにした。ダイレクトメタノール燃料電池は、地上向けではありながら、燃料として実際に推進機関として利用できるため、本研究課題で掲げる要求をすべて満たすことができる。
|
| Remarks |
本課題で得られた、触媒なしでの連続高温ガス製造方法は、単独の１液式の推進機関としての活用も見込まれる。とくに無毒性と触媒を要しないことは、通常は矛盾する特性で、広く安全な搭載エンジンへの適用も見込まれる。産業応用上、貴重である。
|
Research Products
(4 results)
