2015 Fiscal Year Annual Research Report
色素増感型二酸化チタン電極を用いた海洋微生物燃料電池の開発
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26281045
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
元田 慎一 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 教授 (10190969)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
盛田 元彰 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 助教 (30636626)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 色素増感電極 / 微生物燃料電池 / 二酸化チタン太陽電池 / 国際情報交換 / アメリカ合衆国 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
持続的恒久的エネルギーの確保と環境保全を目的としたCO2排出量削減は重要な政策課題であり、世界各国で国を挙げての取り組みが行われている。微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell, MFC）は水素燃料非使用型ながら酸化還元反応過程を伴う燃料電池(FC)として研究開発が進み、ピーク出力が従来のりん酸型を上回る形式も発表されている。本研究では、色素増感型太陽電池(DSC)の技術的進展と開発したスクリーン印刷技術を融合させ、本来は単体電池である同電池をTiO2光触媒アノードの非消電極として組み込むと共に、一方のカソード電極を海水中の微生物代謝活性を利用したバイオフィルム電極とすることで、ゼロソース・ゼロエミッション型の高出力微生物燃料電池を開発することを目的として研究を行っている。平成27年度は、二酸化チタン皮膜を積層させて二層化構造として半導体特性の異なる皮膜をヘテロジャンクションとして結合し、また、二層化二酸化チタン皮膜に焼きなまし熱処理を施すことで、単層皮膜に比較して光電位特性の向上ならびに光腐食に対する耐久性を改善することに成功した。この電極についてソーラーシミュレータにより模擬太陽光による光照射実験を開始した。電極全体に均質な波長分布をもつ光を照度分布の偏りなしに照射することで、電極の最大性能を発揮させることができた。これらの成果をもとに、今後はRu増感剤を用いた微生物電池の実用開発に取り組む。
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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
申請段階で導入を予定したソーラーシミュレータを予定通り稼働させた。分光光度計については、ソーラーシミュレータでの実験結果を検証後に、来年度で導入を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
ソーラーシミュレータでの照射時間等の外部環境を系統的に変化させて分極挙動を調査する。さらに、バイオフィルムが付着して電位が貴化したステンレス電極（カソード）とTiO2光触媒電極（アノード）を接続して発化電の基礎特性を把握する。この状態で両電極を電気的に接続して、発生電力、発生酸化物量、反応温度、海水流量および通過有機物量を計測する。このようにして得られたデータを解析して電極近傍の電位分布、電流分布の流体シミュレーショ ンにより適配列を決定する。このような方法で、カソード・ アノードの電気化学的電極特性を調べ、DSCアノードとバイオフィルムカソードの組込下において半導体被膜と微生物被膜の相互作用による反応機構を構築・検証する。さらに、太陽光導光装置ならびに太陽電池評価システムを用いて、太陽電池DSC 電極の特性評価を行うと共に、バイオフィルムカソードを組込み、MMFCとしての出力特性評価を行う。前者にはC-V(Cyclic vo ltammetory)測定を、後者にはI-V（Current voltage）測定を行えるシステムとする。C-V特性では、交流インピーダンスの測定結果から電池モジュールの等価回路推定を行い、電極によって生じる誘導成分や直列/並列抵抗性分の分離評価を実施して回路負荷特性を明らかにするとともに、測定データを発電シミュレーションに提供する。太陽電池DSC電極と微生物電極で構築される電池の発電効率を算出しモジュールの概念設計を行うと共に国際会議で成果発表する。
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| Causes of Carryover |
マイナスにしないための端数処理で残りました。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度で年度当初での処理を予定します。
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