Development of a fuel cell that generates electric power while generating methane from carbon monoxide reduction

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14713
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 36020:Energy-related chemistry
• Research Institution: Hirosaki University (2022-2023); Nagaoka University of Technology (2021)
• Principal Investigator: MATSUDA Shofu 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (90800649)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 一酸化炭素還元 / メタン生成 / 固体高分子形燃料電池 / 白金電極触媒

Outline of Final Research Achievements

Based on the remarkable fact that CO2 is reduced to CH4 via adsorbed CO intermediate at Pt electrocatalyst in a membrane electrode assembly, we investigated the CH4 generation by the direct CO electroreduction in this study. When controlling the supplied CO concentration and electrode potential, we achieved the low-overpotential CH4 generation from CO reduction with a conversion efficiency of 68.6%. In addition, power generation as an H2-CO fuel cell was observed by combining H2 oxidation reaction and the CO reduction reaction (to generate CH4 continuously) as the anodic and cathodic reactions, respectively.

Free Research Field

電気化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

カーボンリサイクル技術ロードマップの達成へ向けて、一酸化炭素（CO）から燃料を製造する技術の確立は重要な位置づけにある。本研究ではCO自身を燃料として発電するH2-CO燃料電池が理論的に作動可能かつ実験上も発電できることを見出した。このH2-CO燃料電池は負極に水素（H2）ガス、正極にCOガスを供給するため、COを還元しながら（有用生成物であるメタンを生成しながら）発電できる革新的電池であり、カーボンリサイクル技術の一環として学術的にも社会的にも大きなインパクトを与えることが期待される。