| 研究課題/領域番号 |
20KK0248
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分64:環境保全対策およびその関連分野
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| 研究機関 | 工学院大学 (2022-2023)
九州大学 (2020-2021) |
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研究代表者 |
白鳥 祐介 工学院大学, 先進工学部, 教授 (00420597)
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| 研究分担者 |
藤崎 貴也 島根大学, 学術研究院機能強化推進学系, 助教 (30846564)
立川 雄也 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70587857)
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| 研究期間 (年度) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2023年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2022年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 固体酸化物形燃料電池 / バイオマス廃棄物 / バイオガス / 資源循環 / メコンデルタ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
燃料から直接電気エネルギーを取り出す燃料電池は、エンジン発電機の倍以上の高い発電効率を有するにも関わらず、途上国での導入事例はほぼ皆無である。我々は、燃料電池の地球規模の普及に向け、水素インフラを必要としないバイオマス廃棄物を資源としたサイクルを提案し、その核となるバイオガスの直接供給で作動する革新的燃料電池技術体系の確立に向けた国際共同研究を、ベトナム国家大学ホーチミン市校（VNUHCM）・ナノテク研究所（INT）と実施する。
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| 研究実績の概要 |
固体酸化物形燃料電池（SOFC）は、バイオガスを極めて高い効率で電力に変換できる発電デバイスであるが、バイオガス中に含まれる微量の硫化水素（H2S）により改質触媒や燃料極が被毒されて発電効率が大きく低下することが報告されている。そこで本研究では、脱硫剤として利用できるバイオチャーの開発に取り組んだ。2022年度は、密度汎関数理論（DFT）を用いて、グラフェン中に窒素原子が置換したpyridinic-Nとoxidized-Nと呼ばれるサイトを有するシートに対してH2S吸着時の解離反応の活性化障壁を評価し、pyridinic-NがH2Sを選択的に酸化除去することを明らかにした。2023年度は、DFTにより、Ni担持CeO2上でのメタン乖離の反応機構を解析し、活性化エネルギーを評価したところ、メタンドライリフォーミング（DRM）試験により実験的に得た活性化エネルギー（0.69 eV）と同等の値（0.80 eV）が得られ、Niナノ粒子を正に帯電させることが活性化エネルギーを下げる戦略として有望であることを示した。
ペーパー触媒（PSC）のDRM反応に対する活性向上を目指し、CeO2にZrO2を固溶させて酸素吸蔵放出能（OSC）を高めた花びら形状Ce0.5Zr0.5O2を無機繊維ネットワーク内に分散させたNi担持PSCを開発した。当PSCは、DRM反応に対して高い改質活性および炭素析出耐性を示し、これをSOFCの燃料極上に配置することで、模擬バイオガス直接供給時のSOFCの出力向上と安定作動に成功し、当成果をまとめた学術論文が国際学会誌Fuel Cells誌に掲載された。
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