2019 Fiscal Year Research-status Report
Visualization of reaction sites and higher output of direct carbon fuel cells using carbon marker
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19K04234
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渡部 弘達 東京工業大学, 工学院, 助教 (40551825)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 燃料電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，ダイレクトカーボン燃料電池(DCFC)の燃料であるチャーが観察可能であり，反応サイトのマーカーとして機能する点に着眼し，電気化学計測とチャーの観察からDCFCの発電メカニズムを解明し，高出力化に向けた指針を得ることを目標としている．今年度は，空孔を有するニッケル燃料極を活性炭/溶融炭酸塩の充填層に圧接させるプレス型DCFCを用いて，発電性能を計測するとともに，発電後，アノード側の活性炭/溶融炭酸塩の充填層の観察を行い，画像解析から炭素充填率を算出した．燃料には，観察が容易になるように，直径約1mmの活性炭を使用した．アノード側の炭酸塩中の炭素分率を1.0, 2.0, 3.0, 5.0 wt%と変化させ，電流密度-電圧曲線およびインピーダンスの計測を行った．結果として，炭素分率の増加に伴い，DCFCの出力が増大し，炭素分率が3.0wt%のとき，30 mW/cm2程度の連続発電を実現できた．発電後の活性炭/溶融炭酸塩の充填層の画像解析から，炭素分率の増加に伴い，炭素充填率が増加していることが明らかになり，炭素と電極の接触面積の増加により，出力が向上したと考えられる．DCFCの発電プロセスにおいて，炭素と電極の接触が重要であることを明らかにした．その一方で，炭素分率が5.0wt%に達した場合，連続発電が困難となった．この場合，発電時のアノード側のインピーダンス計測を行うと，低周波側の円弧が大きくなっており，拡散由来の抵抗が増大していることが示された．これは，発電時の気泡生成により，充填層内部のイオン輸送抵抗が増大したためと考えられる．プレス型DCFCのインピーダンス計測結果から，燃料極側よりもカソード側の過電圧が大きく，さらなる高出力化のためには，カソード側の改良が必要であることを明らかにした．
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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
これまでの研究で，DCFCの燃料である炭素が比較的容易に観察できることが示された．現在は，固体酸化物形燃料電池(SOFC)と溶融炭酸塩を組み合わせたハイブリッドDCFCの開発を進めている．ハイブリッドDCFCは，アノード側には溶融炭酸塩を使用するものの，カソード側には，SOFCで用いられている高機能カソードを使用できるため，カソード過電圧の低減が期待できる．すでに，ハイブリッドDCFCの発電性能の計測を進めており，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，ハイブリッドDCFCの研究を進め，炭素をマーカーとした反応サイトの観察に取り組み，DCFCの高出力化につながる知見を示す．
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| Causes of Carryover |
試薬の購入を延期したため．
次年度に試薬の購入に充てる
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