| 研究概要 |
高効率・低環境負荷のエネルギー変換システムとして注目されている固体高分子型燃料電池の燃料として,酵母により糖類を発酵させて得られるエタノールを含む液体(バイオエタノール)を,そのまま燃料電池に用いることを試みた.また貴金属触媒を用いずに,微生物(酵母など,人体に無害なもの)の代謝作用を利用して発電するバイオ燃料電池の発電性能向上を試みた.
平板型のエタノール直接発電型固体高分子燃料電池(DEFC)のアノード側流路内において,独自の熱流動解析コード(GTTコード)による流動解析,PIVによる流速測定,可視化実験を行った.また,液体クロマトグラフによる副生成物の分析,濃度測定と数値解析を行った結果,流れの淀み点で,反応を阻害する副生成物(酢酸)の滞留が確認された.DEFCに適した流路形状として,副生成物排出能力が高く,かつ低圧力損失の形状を見出せた.流路の屈曲部(180度ターン)に着目し,その圧力損失を極力低減できるように遺伝的アルゴリズム(GA)を用いて流路形状の最適化を行い,直角に屈曲した場合より,圧力損失が約33%低い屈曲部流路形状を見出せた.また,独自開発の小型・超軽量の円筒型固体高分子燃料電池"Power Tube"にて交流インピーダンス測定を行い,燃料にエタノールを用いた場合,水素に比べて,反応抵抗が非常に大きいため性能が低いことが判った.
酵母と蔗糖水溶液を用いるバイオ燃料電池の性能向上を図った結果,両極とも面積20cm^2の集電体を6枚持つ単セルで,最大10mW程度の出力が得られるようになった.また実用化に向けて,酵母を含むアノード溶液を固定化し,燃料の蔗糖水溶液が,炭酸ガスの圧力で自立的に循環するバイオリアクター方式のバイオ燃料電池を開発した.発電性能がやや低下するものの,ポンプなしで循環可能であることを確かめた.また,固定化した微生物の増殖過程について,GTTコードにより3次元数値解析を行い,その増殖過程を予測できることを示した.
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