2018 Fiscal Year Annual Research Report
ポリオキソメタレートをメディエーターとするPtフリー燃料電池の開発
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18H03852
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
江口 浩一 京都大学, 工学研究科, 教授 (00168775)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
城間 純 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (00357245)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ポリオキソメタレート / ヘテロポリ酸 / 酸化還元メディエーター / レドックスフロー型PEFC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)正極の酸化還元媒体に使用するヘテロポリ酸としてリンバナドモリブデン酸を使用したセルについて、供給酸素ガス流量がヘテロポリ酸の再酸化挙動や電池性能に与える影響を検討した。その結果、酸素流量を25-100 mL min-1の範囲で変化させた場合、流量が大きいほど再酸化反応や電池性能に関して良好な結果が得られることがわかった。
ヘテロポリ酸溶液のV4+濃度が電池性能に与える影響を調べたところ、V4+濃度が上昇するにつれて得られる電流密度が減少した。これは正極で電子を受け取るヘテロポリアニオンが減少することに起因すると考えられる。
ヘテロポリ酸の酸化還元挙動について、硫酸添加の影響を検討した。硫酸を含むヘテロポリ酸溶液を供給したところ、高い電池性能が得られる傾向が認められた。しかし、硫酸濃度がある値を超えると電池性能は低下し、ヘテロポリ酸の還元反応の促進には硫酸濃度の最適値があることが示唆された。一方、再酸化反応速度は硫酸添加量の増加にともなって小さくなることが明らかとなった。
(2)負極の酸化還元媒体の還元再生反応の最適化に関し、改質ガスを想定した一酸化炭素含有水素を還元剤とし、触媒物質の活性を反応速度によって測定した。測定では、定常状態に至ったセルにおける電極での酸化還元媒体の酸化反応の直流電流値を用いる直接的な方法と、開回路状態のセルにおける平衡電位の変化速度から推定する間接的な方法の2通りが可能であることを確認した。
レドックスフロー型PEFCのセル構造最適化に関し、気相水素で電解液を隔てることでクロスコンタミネーションを防ぐ新規構造セルについて、定常直流運転の安定性を検討した。水素室内の水素の総量は原理的には不変であり、物質移動が自然対流（パッシブ供給）であっても動作することを確認した。
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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
(1)正極の酸化還元媒体については、酸素供給量や含有V4+濃度が電池性能に与える影響を明らかとし、概ね適した運転条件を決定することができた。また、硫酸添加効果の検討を行い、酸化還元媒体のpHの最適値の明確化を順調に進めている。
(2)負極酸化還元媒体としてのヘテロポリ酸に関しては、新規な酸化還元媒体を提案するには至っていないが、純水素および水素以外の燃料についての測定手法が確定し、今後の酸化還元媒体探索、触媒探索に適用可能となった。
(3)Pt不使用のレドックスフロー型PEFCの開発とセル最適化の検討に関しては、現状では正極酸化還元媒体、負極酸化還元媒体の候補が確定していない段階ではあるが、セルの安定な運転のための条件が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)正極の酸化還元媒体については、塩基性成分添加の影響を検討し、引き続き還元・再酸化反応に適した添加成分種や濃度を明確にする。また、酸・塩基性成分添加時のヘテロポリ酸溶液内に存在するヘテロポリアニオン種を調べ、それらの種と還元・再酸化反応速度との関係性を明らかにする。
(2)負極の酸化還元媒体としてのヘテロポリ酸に関する検討では、還元剤・負極酸化還元媒体・触媒の組み合わせと反応速度の関係が自然電位の変化速度から推定することが可能であることから、電気化学セルの運転以外のビーカー実験も併せ、探索を推進する。再生槽の温度が発電セルと異なってもよいレドックスフロー型PEFCの特徴も考慮し、最適な反応温度についても検討する。
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