宇宙機搭載を目指す推進系統合型燃料電池のシステム開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24246140
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: 川口 淳一郎 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (10169691)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 羽生 宏人 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (60353421) ; 岡屋 俊一 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 月・惑星探査プログラムグループ, 参与 (50724241)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 燃料電池

Outline of Annual Research Achievements

深宇宙探査機の推進剤保管及び電源系の性能維持に必要なヒータ電力と、これらの機器の軽量化をめざし、推進系統合型燃料電池の技術開発を狙い、特に-50℃程度の低温で保管／起動が可能な燃料電池の開発を目指し、人工衛星の推進剤を用いた燃料電池発電を可能にする。　当該燃料と酸化剤としての着火性能の確保と性能向上検討も進め、推進系統合型燃料電池としての確立を図る。　また反応後の反応副生成物や未反応の活物質の回収／再使用に向けた検討も進め、長期保管が可能な発電／推進技術としての習熟を図る。
上記研究の大目標を達成するために平成26年度は-50℃といった低温においても推進機能が達成できる低温貯蔵性が良くかつ、所定の推進性能も確保できる燃料／酸化剤を使用しても燃料電池が起動し、継続的に発電できる特性を得るための燃料電池発電機構を明らかにすることを目的として、各種要素発電試験及び燃料／酸化剤の成分分析を実施した。　結果として、低温推進系用燃料／酸化剤（ここではヒドラジン／四酸化二窒素）により燃料電池が発電する反応メカニズムを明確にすることができた。　これにより、出力／寿命といった性能向上の方策が検討できるようになり、今後の製品としてのシステム構築のフェーズに移行できるようになった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成26年度の大きな成果として低温推進系の燃料／酸化剤の候補であるヒドラジン／四酸化二窒素の組み合わせに対して燃料電池アノード極／カソード極での反応が、成分分析結果及び発電性能結果等からほぼ特定できた。　その結果、燃料電池の出力低下の起因となる生成物が何で、どのようにすれば除去でき、出力性能を維持できるかの方策が明らかになった。　過去の連続発電試験にて生じた性能低下の原因も今回の評価から明らかになってきた。　また燃料電池としては方式がいくつかあるが、地上での実用化が最も期待されている固体高分子型燃料電池（PEFC）での発電が確認できたことは、本方式が実現した際には、技術の地上用途への転用も期待できる。　以上の成果を基に、今年度（平成27年度）は燃料電池システム技術開発に移行し、性能向上／寿命向上方策の取り組みを行うことができる。　以上の状況から、研究成果は概ね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

低温推進薬による燃料電池発電機構が明確になったので、その反応機構が成立する工程を継続的にかつ高信頼度で実行できる燃料電池システム（燃料／酸化剤供給系、循環系、生成物除去系）を試作して、機能・性能を把握する。　更に連続発電試験を実施し、人工衛星電源としての搭載システム設計を構築する。　並行して、低温推進系としての推進薬の性能向上を発電システムと連携しながら進める計画である。