三次元電極構造を用いた高出力・大容量の燃料電池・電池システムの開発

• 研究課題/領域番号: 23360434
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 堤 敦司 東京大学, 生産技術研究所, 特任教授 (00188591)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2012年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2011年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
• キーワード: エネルギー生成・変換 / 燃料電池 / 二次電池 / Fuel Cell /Battery / 燃料電池・電池 / Fuel Cell/Battery / エネルギースパークリング / 三次元電極

研究概要

新規の化学電池である燃料電池・電池システムは二次電池並みの高出力や燃料電池並みの高容量電力貯蔵が可能である。本研究では、燃料電池・電池システムを構築するために正極及び負極の材料選定及び新規電極構造を提案、開発を行った。正極としては二酸化マンガンが放電後に酸素ガスと反応させることによりオキシ水酸化マンガンが二酸化マンガンに酸化することを見出した。負極としては三次元電極構造を持つ水素吸蔵合金が水素ガスにより急速充電ができることを確認している。この結果から、燃料電池・電池システムは二酸化マンガンと水素吸蔵合金で構築できることが分かった。さらに、ファイバー状電極を開発して過電圧を抑制にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] A novel multi-step dip coating method for the fabrication of anode-supported micro-tubular solid oxide fuel cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi,, Atsushi Tsutsumi
  • 雑誌名: Journal of Solid State Electrochemistry 巻: (印刷中)(submitted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance Enhancement of Strontium-doped Lanthanum Manganite Cathode by Developing a Highly Porous Microstructure (2013)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, Atsushi Tsutsumi
  • 雑誌名: J. Applied Electrochemistry 巻: 42巻 ページ: 953-959
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance Enhancement of Strontium-doped Lanthanum Manganite Cathode by Developing a Highly Porous Microstructure, (2013)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Bokkyu Choi, Atsushi Tsutsumi,
  • 雑誌名: J. Applied Electrochemistry 巻: 42 号: 11 ページ: 953-959
  • DOI: 10.1007/s10800-012-0462-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel multi-step dip coating method for the fabrication of anode-supported micro-tubular solid oxide fuel cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Atsushi Tsutsumi,
  • 雑誌名: Journal of Solid State Electrochemistry, submitted 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fibrous MnO_2 electrode electrodeposited on carbon fiber for a fuel cell/battery system (2011)
  • 著者名/発表者名: Bokkyu Choi
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: Vol.56 号: 19 ページ: 6696-6701
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2011.05.057
  • 査読あり
• [学会発表] エネルギースパークリングを可能とする燃料電池・蓄電池の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堤敦司
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2013-09-17
• [学会発表] A metal hydride-manganese dioxide based electrochemical cell for high energy and power density fuel cell/battery (FCB) system燃料電池/二次電池を一体化したFuel Cell/Battery (FCB) システム開発のためのメタルハイドライト二酸化マンガン電解槽に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: ムセル マイク, 堤敦司
  • 学会等名: 第33回水素エネルギー協会大会
  • 発表場所: タワーホール船橋
• [学会発表] High-performance Micro-tubular Solid Oxide Fuel Cell for Advanced Power Generation 高度な発電用のための高性能マイクロ管状固体酸化物形燃料電池 (2013)
  • 著者名/発表者名: Panthi Dhruba, 堤敦司
  • 学会等名: 第33回水素エネルギー協会大会
  • 発表場所: タワーホール船橋
• [学会発表] Development of a High-Performance Micro-Tubular SOFC based on a Hollow Fiber Support (2013)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Atsushi Tsutsumi
  • 学会等名: 13th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC-XIII)
  • 発表場所: Ginowan, Okinawa, Japan
• [学会発表] Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cell and Stack Designs for an Advanced Integrated Coal Gasification Fuel Cell System (2013)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Atsushi Tsutsumi
  • 学会等名: 9th World Congress of Chemical Engineering
  • 発表場所: Seoul, Korea
• [学会発表] A Hollow Fiber-based Micro-tubular SOFC for Efficient Current Collection from the Inner Electrode (2013)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Atsushi Tsutsumi
  • 学会等名: 223rd ECS Meeting
  • 発表場所: Toronto, Canada
• [学会発表] A metal hydride-manganese dioxide based electrochemical cell for high energy and power density fuel cell/battery (FCB) system 燃料電池／二次電池を一体化したFuel Cell/Battery (FCB) システム開発のためのメタルハイドライト二酸化マンガン電解槽に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: ムセル マイク、堤敦司
  • 学会等名: 第33回水素エネルギー協会大会
  • 発表場所: タワーホール船橋
• [学会発表] A Hollow Fiber-based Micro-tubular SOFC for Efficient Current Collection from the Inner Electrode, (2013)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Atsushi Tsutsumi,
  • 学会等名: 223rd ECS Meeting,
  • 発表場所: Toronto, Canada
• [学会発表] Micro-Tubular Solid Oxide Fuel Cell and Stack Designs for an Advanced Integrated Coal Gasification Fuel Cell System (2013)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Atsushi Tsutsumi,
  • 学会等名: 9th World Congress of Chemical Engineering
  • 発表場所: Seoul, Korea,
• [学会発表] Development of a High-Performance Micro-Tubular SOFC based on a Hollow Fiber Support, (2013)
  • 著者名/発表者名: Dhruba Panthi, Atsushi Tsutsumi,
  • 学会等名: 13th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC-XIII)
  • 発表場所: Ginowan, Okinawa, Japan
• [学会発表] Novel Wave-Shaped MnO2 Cathode Supported by a Partially Porous Nickel Layer for Fuel Cell /Battery (2012)
  • 著者名/発表者名: Mike Musil(Atsushi Tsutsumi)
  • 学会等名: AIChE Annual Meeting
  • 発表場所: 米国 ピッツバーグ
• [学会発表] PREPARATION AND ELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF FIBROUS MnO2 ELECTRODE FOR CATHODE OF FUEL CELL/BATTERY (2012)
  • 著者名/発表者名: Yonguk Kwon(Atsushi Tsutsumi)
  • 学会等名: ISCRE22
  • 発表場所: オランダ ストリッヒ
• [学会発表] Fuel Cell/Battery System for Power Generation and Energy Storage (2011)
  • 著者名/発表者名: B.Choi, S.Lee, C.Fushimi, A.Tsutsumi
  • 学会等名: 5th International Conference on Green & Sustainable Chemistry
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2011-06-07
• [学会発表] 燃料電池/二次電池を一体化したFuel Cell/Battery (FCB)システムの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 崔復圭、李善黙、伏見千尋、堤敦司
  • 学会等名: 第11回GSCシンポジウム
  • 発表場所: 早稲田大学・国際会議場
  • 年月日: 2011-06-02
• [学会発表] エネルギースパークリングを可能とする燃料電池・蓄電池の開発
  • 著者名/発表者名: 堤 敦司
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 招待講演
• [図書] 粉体技術と次世代電池開発:第11章燃料電池型二次電池 (2011)
  • 著者名/発表者名: 堤敦司、崔復圭
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: シーエムシー出版