含酸素化合物の利用を目指した燃料変換触媒材料の開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25289288
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 江口 浩一 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00168775)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松井 敏明 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90378802) ; 室山 広樹 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40542105)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 燃料電池 / 改質触媒 / メタノール / エタノール / ジメチルエーテル

Research Abstract

本年度はNiAl2O4スピネル触媒について、Al成分由来の酸性度の減少を目的として、BサイトのAlの一部をFe、Mnで置換し、触媒の活性や耐久性に与える影響を検討した。Ni(Al0.25Fe0.75)2O4触媒について還元性を調べた。本触媒の水素消費の挙動はNiFe2O4触媒とNiAl2O4触媒の挙動を合わせ持っていることから、エタノール水蒸気改質が進行する600℃においてNiFe2O4触媒よりもスピネル構造を安定に保ちつつ、NiAl2O4触媒よりも多くのNi種が金属Niへと還元され触媒表面上に高分散すると予想された。Ni(Al0.25Fe0.75)2O4触媒を用いてエタノール水蒸気活性試験を行った。エタノール供給量を一定として、水／エタノール比を変化させた際の触媒活性を評価したところ、その混合比が大きいほど改質反応が進行しやすく高い水素収率が得られた。また一定の水／エタノール比とし、供給エタノール量を減少させたところ、水素の生成率は上昇した。エタノール供給量が高い場合、耐久試験開始直後に析出炭素による反応管の閉塞のため、全体の流量が不安定となった。一方、600℃において低いエタノール供給量で耐久性を評価したところ、24時間安定した水素収率が得られた。しかし、安定した性能を示した条件で評価した触媒上においても、糸状の炭素が析出していることがわかった。
含酸素化合物を燃料としたアニオン伝導性電解質燃料電池については、装置の作製・試運転を行い、発電特性評価を開始した。サイクリックボルタンメトリーによる電極触媒上での燃料酸化挙動の評価についても行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

アニオン伝導性電解質燃料電池について、実験系の構築に時間がかかり、当初の計画よりやや遅れている。エタノール水蒸気改質に関する研究については順調に遂行されている。

Strategy for Future Research Activity

アニオン交換膜を電解質とした燃料電池について、メタノールやエタノールを燃料とした際の発電特性やこれらの燃料種のアノード上での酸化挙動を評価する。CO2共存下におけるメタノールやエタノールの酸化挙動をサイクリックボルタンメトリーなどで調べる。また塩基性電解質使用環境下では非貴金属を電極として使用できることから、遷移金属から構成される電極材料(合金、酸化物、カーバイド、ナイトライドなど)を検討する。
Bサイト金属をAl:Fe = 1:3としたNi(Al0.25Fe0.75)2O4触媒を用いたエタノール水蒸気改質において、炭素析出量の定量的な見積りを行い、適した反応条件を選定する。また析出炭素を除去し、再利用可能な状態に回復させる方法を検討する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

アニオン伝導性電解質燃料電池における研究計画を見直した結果、進捗が当初の計画よりやや遅れているため、H25年度の支出額が減少した。
アニオン伝導性電解質燃料電池に関する研究を加速させ、それにともなう消耗品（試薬、貴金属など）へ予算を使用する予定である。