| Project/Area Number |
21H02035
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
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| Keywords | プロトン燃料電池 / 水素透過膜燃料電池 / プロトンで胴体 / HMFC / プロトン伝導体 / プロトン / 燃料電池 / 駆動用燃料電池 / プロトン固体酸化物セル / 水素透過 / プロトンポンピング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の大きな目的は，プロトン伝導性セラミックス電解質膜と水素透過合金箔アノード
のヘテロ接合を特徴とする水素膜燃料電池(HMFC)において、O2-副イオン伝導のブロッキン
グによって発現する「プロトンポンピング効果」を活用し，セラミック燃料電池の作動温度
を400°C以下まで低温化するための材料技術基盤を生み出すことである．本研究では高酸素欠損電解質膜を用いたHMFCを作製し，より顕著なプロトンポンピングを発現させ，電解質抵抗とカソード分極抵抗の大幅な低減を図る．これらの検討を通じ，HMFCの
作動温度をV-Ni合金水素透過合金が使用できる400°C以下まで低減させる．
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| Outline of Final Research Achievements |
A hydrogen permeable membrane fuel cells (HMFC) were fabricated by using BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O2.9 (BZCYYb1711) and highly-oxygen deficient BaZr0.1Ce0.5Y0.1Yb0.3O2.8 (BZCYYb1513) for the proton-conducting electrolyte. BZCYYb1711 electrolyte gained 0.08 H2O mole fraction while highly-oxygen deficient BZCYYb1513. gained 0.17 via defect-water association. Furthermore, the HMFC using highly-oxygen deficient BZCYYb1513 exhibited an open circuit voltage of 1.15 V and an output of 0.5 A cm-2@0.7 V at 400°C, while the cell using the BZCYYb1711 had an open circuit voltage of 0.95 V and an output of 0.25 A cm-2@0.7 V. These demonstrate the enhanced proton-pumping effect on HMFC with highly-oxygen deficient electrolyte.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究の目的はであるHMFCは、アノード側がデッドエンド構造、即ちアノード排気ガスが基本的に必要無い。従って水素燃料を無駄にすることがなく、水素利用率100％の燃料電池として期待できる。一方で従来のHMFCは貴金属Pdを大量に必要としたが、本研究では作動温度を300℃程度まで低減することに成功したため、V等の遷移金属水素透過膜を利用したセルを開発することができた。従って大型船舶や定置型電源に利用可能な高効率中温作動型燃料電池の道筋をつけた。
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