ポリオキソメタレートをメディエーターとするPtフリー燃料電池の開発

• 研究課題/領域番号: 18H03852
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分27:化学工学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 江口 浩一 京都大学, 工学研究科, 名誉教授 (00168775)
• 研究分担者: 城間 純 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (00357245) ; 松井 敏明 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90378802)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 43,810千円 (直接経費: 33,700千円、間接経費: 10,110千円); 2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2020年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2019年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2018年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
• キーワード: ポリオキソメタレート / ヘテロポリ酸 / 酸化還元メディエーター / レドックスフロー型PEFC

研究成果の概要

本研究では、電極反応を酸化還元媒体に媒介させる、Ptを使用しないレドックスフロー型固体高分子形燃料電池の開発を目指した。正極用媒体として、ヘテロポリ酸溶液を選択し、共存する酸や金属イオンがヘテロポリアニオンの還元・再酸化反応へ与える影響を明らかにした。また負極用媒体の還元再生反応では、一酸化炭素含有水素とシュウ酸を燃料として用い、溶液内を懸濁させた炭素担持ロジウムフタロシアニン錯体を疑均一系触媒として使用可能にした。さらに、負極溶液と正極溶液を気相で隔てることにより相互の混合を防ぐ構造を採用し、両電極反応を組み合わせた運転を行い、定常状態での電圧・電流関係を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、Ptを両極に使用しない燃料電池という画期的なシステム実現に向けた研究成果を得ることができた。また、利用可能な燃料選択肢が広がることは、燃料電池に利用用途の拡大をもたらす。これらは、資源・エネルギー問題の解決に貢献し、将来的な省エネルギー・脱炭素社会へ寄与する内容である。また、ヘテロポリ酸に燃料電池の電極反応を媒介させるという研究例はほとんどなく、このような燃料電池の開発が進展すると、ヘテロポリ酸の新しい科学が拓くことにもつながる。

研究成果

• [雑誌論文] Indirect fuel cell based on a redox-flow battery with a new structure to avoid cross-contamination toward the non-use of noble metals (2019)
  • 著者名/発表者名: Siroma Zyun、Maruyama Jun、Yamazaki Shin-ichi、Fujiwara Naoko、Asahi Masafumi、Nagai Tsukasa、Ioroi Tsutomu
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 44 号: 49 ページ: 27046-27055
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.08.135
  • 査読あり
• [学会発表] 電気化学的酸化還元処理を施したリンモリブデートアニオン種の半定量的組成評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晨司、室山広樹、松井敏明、江口浩一
  • 学会等名: 2022年電気化学会秋季大会
• [学会発表] 31P NMR測定によるヘテロポリアニオン酸化還元種の組成評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晨司、室山広樹、松井敏明、江口浩一
  • 学会等名: 第62回電池討論会
• [学会発表] Additive Effect of Iron and Copper Sulfates in Heteropolyacid Solution As a Cathode Reaction Mediator on the Performance of Redox Flow PEFCs (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto, H. Muroyama, T. Matsui, K. Eguchi
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
  • 国際学会
• [学会発表] Power Generation Characteristics of PEFCs Using Heteropolyacids As Anode Redox Mediators (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Naruse, H. Muroyama, T. Matsui, K. Eguchi
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
  • 国際学会
• [学会発表] ヘテロポリ酸を燃料極反応媒体に用いたPEFCにおける燃料種の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晨司、室山広樹、松井敏明、江口浩一
  • 学会等名: 第61回電池討論会
• [学会発表] ヘテロポリ酸を燃料極反応媒体に用いたPEFCの発電特性評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晨司、室山広樹、松井敏明、江口浩一
  • 学会等名: 電気化学会第87回大会
• [学会発表] カソード反応媒体であるヘテロポリアニオンの組成変化が レドックスフローPEFC性能に及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本直生、室山広樹、松井敏明、江口浩一
  • 学会等名: 第60回電池討論会
• [学会発表] 還元媒体としてのポリオキソメタレート組成がレドックスフローPEFC性能に及ぼす影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大城悠希、室山広樹、松井敏明、江口浩一
  • 学会等名: 2018年電気化学会秋季大会
• [学会発表] レドックスフローPEFCにおける還元媒体としてのポリオキソメタレートの酸化還元特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大城悠希、室山広樹、松井敏明、江口浩一
  • 学会等名: 第59回電池討論会
• [図書] 月刊ファインケミカル (2021)
  • 著者名/発表者名: 松井敏明、室山広樹、江口浩一
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: シーエムシー出版