| 研究課題/領域番号 |
21H02035
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
青木 芳尚 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50360475)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究成果の概要 |
BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O2.9(BZCYYb1711)、およびその高酸素欠損組成のBaZr0.1Ce0.5Y0.1Yb0.3O2.8(BZCYYb1513)を電解質に用いた水素透過膜燃料電池(HMFC)を構築し、比較検討した。BZCYYb1711では水分子が0.08会合するのに対し、BZCYYb1513では0.17導入されることがわかった。更に後者を用いたHMFCでは400℃にて1.15Vの開回路電圧と0.5 A cm-2@0.7 Vの出力を示すのに対し、前者では約半分の出力しか示さなかった。以上から高酸素欠損電解質によるプロトンポンピング増強効果が証明された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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