界面イオン輸送現象を利用した高速水素生成・貯蔵システムの開発

• 研究課題/領域番号: 25281061
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 持続可能システム
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大友 順一郎 東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (90322065)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2014年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2013年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
• キーワード: 低炭素社会 / 化学エネルギー貯蔵 / イオン伝導体 / 水素生成

研究成果の概要

固体イオニクスとケミカルループ法を融合させた高速水素エネルギー生成・貯蔵システムの要素技術開発を行った。酸素キャリアの化学変換サイクル：（1）還元反応（化学エネルギー貯蔵）→（2）水素生成 →（3）完全酸化反応（熱回収・酸素キャリア再生）について、熱化学ループシステム、および電気化学ループ変換システムの要素技術開発を行った。具体的には、酸化物イオン・電子伝導体と金属酸化物の複合体を合成し、水素による還元反応と水蒸気による再酸化反応（水素生成）に優れた酸素キャリア材料の開発を行った。さらに電気化学的ループ変換にむけた新規プロトン伝導性燃料電池を開発し、システムの実現性について検証を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Structural and transport properties of lanthanum tungstate with high La/W ratio: availability of lanthanum tungstate for proton-conducting solid oxide fuel cells operating at intermediate temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: Gen Kojo, Reina Tsukimura, Junichiro Otomo
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: 印刷中 ページ: 89-96
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2017.04.009
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of La/W ratio on electrical conductivity of lanthanum tungstate with high La/W ratio (2017)
  • 著者名/発表者名: Gen Kojo, Yohei Shono, Hiroshi Ushiyama, Yoshito Oshima and Junichiro Otomo
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: 248 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2017.01.011
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Redox Reaction Kinetics of Fe2O3 by Hydrogen and Water with Oxide Ion Conducting Supports and Oxygen Transport Modeling for Fe2O3 Reduction Process (2016)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Kosaka, Hiroyuki Hatano, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 雑誌名: Journal of Chemical Engineering of Japan 巻: 49 ページ: 243-250
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Iron oxide redox reaction with oxide ion conducting supports for hydrogen production and storage systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Kosaka, Hiroyuki Hatano, Yoshito Oshima and Junichiro Otomo
  • 雑誌名: Chemical Engineering Science 巻: 123 ページ: 380-387
  • DOI: 10.1016/j.ces.2014.11.012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acceleration of Fe2O3 Reduction Kinetics by Wet Methane using Calcium Titanate as a Support (2013)
  • 著者名/発表者名: Syunsuke Isogai, Fumihiko Kosaka, Isao Takimoto, Hiroyuki Hatano, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 42 号: 11 ページ: 1438-1440
  • DOI: 10.1246/cl.130624
  • NAID: 130004426839
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure Observation and Electrical Conductivities of Proton-Conducting TiO2-P2O5 Glass-Ceramic Solid Electrolytes (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryoto Kawamura, Ryosuke Sakamoto, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 雑誌名: Phosphorus Research Bulletin 巻: 28 ページ: 24-19
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Gadolinia-Doped Ceria as Support Material on Redox of Iron Oxide for Energy Conversion System (2013)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Kosaka, Noriaki Kikuchi, Hiroyuki Hatano, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 雑誌名: Proceedings of International symposium on Innovative Materials for Processes in Energy Systems (IMPRES) Chemical Science & Engineering 巻: 3 ページ: 582-586
  • 査読あり
• [学会発表] 高La/W比領域におけるタングステン酸ランタンの合成とプロトン伝導特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小城 元・大友 順一郎
  • 学会等名: 電気化学会第84回大会
  • 発表場所: 首都大学東京 南大沢キャンパス
  • 年月日: 2017-03-25
• [学会発表] プロトン伝導性固体電解質形燃料電池の開発と電解合成への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大友 順一郎
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉・矢上キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16
  • 招待講演
• [学会発表] タングステン酸ランタンの輸送物性に基づくプロトン伝導性固体酸化物形燃料電池のセル設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 月村 玲菜・小城 元・松崎 良雄・大友 順一郎
  • 学会等名: 化学工学会第82年会
  • 発表場所: 芝浦工業大学 豊洲キャンパス
  • 年月日: 2017-03-06
• [学会発表] Enhancement of oxygen release in CuO oxygen carriers supported on perovskite oxides in chemical looping with oxygen uncoupling for solid fuel combustion (2017)
  • 著者名/発表者名: Ochieng James Ochieng, Fumihiko Kosaka, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 学会等名: 化学工学会第82年会
  • 発表場所: 芝浦工業大学 豊洲キャンパス
  • 年月日: 2017-03-06
• [学会発表] タングステン酸ランタンの構造解析とイオン伝導特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小城元・月村玲奈・松岡修平・大友順一郎
  • 学会等名: 第25回SOFC研究発表会
  • 発表場所: 科学技術館サイエンスホール
  • 年月日: 2016-12-15
• [学会発表] Redox cycle behavior and stability of metal oxides on perovskite oxide supports in chemical looping systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Ochieng James Ochieng, Fumihiko Kosaka, Junichiro Otomo
  • 学会等名: 4th International Conference on Chemical Looping
  • 発表場所: International Conference Hotel Nanjing, China
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Reaction kinetics and morphological variation of Fe-based oxygen carriers in redox cycles of chemical looping systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Otomo, Yuya Saito, Kazuyuki Miya, Noriaki Kikuchi, Fumihiko Kosaka
  • 学会等名: 4th International Conference on Chemical Looping
  • 発表場所: International Conference Hotel Nanjing, China
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Electrical properties of lanthanum tungstate with high La/W ratio (2016)
  • 著者名/発表者名: Gen Kojo, Junichiro Otomo
  • 学会等名: The 18th International Conference on Solid State Protonic Conductors (SSPC-18)
  • 発表場所: Sori Moria Coference Center, Oslo, Norway
  • 年月日: 2016-09-18
  • 国際学会
• [学会発表] 水素生成・貯蔵を指向したケミカルループ法におけるイルメナイト系酸素キャリアの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 味谷 和之・大友 順一郎
  • 学会等名: 化学工学会第48回秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学 常三島キャンパス
  • 年月日: 2016-09-06
• [学会発表] Synthesis of lanthanum tungstate and application to proton conducting solid oxide fuel cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Gen Kojo, Shuhei Matsuoka, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 学会等名: 2016 Asian SOFC Symposium
  • 発表場所: 東京大学 駒場IIキャンパス
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] 高La/W比領域におけるタングステン酸ランタンの合成とプロトン伝導特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小城 元・大友 順一郎
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス
  • 年月日: 2016-03-29
• [学会発表] Redox cycle behavior and stability of metal oxides on perovskite oxides supports in chemical looping systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Ochieng James Ochieng, Fumihiko Kosaka, Hiroyuki Hatano, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 学会等名: 化学工学会第81年会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-13
• [学会発表] タングステン酸ランタンを用いたプロトン伝導性固体電解質の合成と燃料電池への適用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小城 元・松岡 修平・大島 義人・大友 順一郎
  • 学会等名: 化学工学会第81年会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-13
• [学会発表] Redox reaction kinetics of metal oxides in chemical-looping processes for hydrogen production/storage systems using oxide ion conducting materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Otomo, Fumihiko Kosaka, Yoshito Oshima, Hiroyuki Hatano
  • 学会等名: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: Makai Bllrm (Hyatt Regency Waikiki), Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Application of Ion Conducting Materials to Electrical Energy Conversion and Storage Systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Otomo
  • 学会等名: The 7th China-Japan Symposium on Chemical Engineering
  • 発表場所: Beijing Conference Center
  • 年月日: 2015-10-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] タングステン酸ランタンのプロトン伝導率に対するLa/W比の影響評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小城 元・大友 順一郎
  • 学会等名: 化学工学会第47回秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Role of Oxide Ion Transport on Promoting Iron Oxide Redox Reaction with Oxide Ion Conductors as Supports for Energy Storage and Conversion (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Kosaka, Hiroyuki Hatano, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 学会等名: 20th International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: Keystone Resort & Conference Center, Keystone, Colorado USA
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会
• [学会発表] CaTi0.8Fe0.2O3混合伝導帯を用いた異相界面の作製と電子・イオン伝導特性の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩永愛季・大友順一郎
  • 学会等名: 化学工学会第80年会
  • 発表場所: 芝浦工業大学豊洲キャンパス
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-21
• [学会発表] 酸化物イオン伝導体の水素生成・エネルギー変換システムへの応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大友順一郎・高坂文彦
  • 学会等名: 化学工学会第80年会
  • 発表場所: 芝浦工業大学豊洲キャンパス
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-21
• [学会発表] 無機イオン伝導体における局所イオン伝導特性の観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩永愛季・大友順一郎
  • 学会等名: 化学工学会第46回秋季大会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] 金属酸化物の酸化還元反応を利用した水素貯蔵技術における反応解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高坂文彦・幡野 博之・大島義人・大友順一郎
  • 学会等名: 化学工学会第46回秋季大会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Reduction kinetics and stability of CuO and NiO on perovskite supports in chemical looping systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Ochieng James Ochieng, Fumihiko Kosaka, Pooya Azadi, Hiroyuki Hatano, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 学会等名: 化学工学会第46回秋季大会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Effect of Oxide Ion and Mixed conductors as Supports on Metal Oxide Redox Kinetics in Chemical Looping Systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Otomo, Syunsuke Isogai, Fumihiko Kosaka, Yoshito Oshima, and Hiroyuki Hatano
  • 学会等名: 3rd International Conference on Chemical Looping
  • 発表場所: Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] 高速水素生成を目指したケミカルループ法における酸化鉄複合粒子の開発と反応解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高坂 文彦・幡野 博之・大島 義人・大友 順一郎
  • 学会等名: 化学工学会第79年会
  • 発表場所: 岐阜大学柳戸キャンパス
• [学会発表] ケミカルループ燃焼におけるCa-Ti-O系担体を用いた金属酸化物の還元反応特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 磯貝 俊介・大友 順一郎・大島 義人・幡野 博之
  • 学会等名: 化学工学会第79年会
  • 発表場所: 岐阜大学柳戸キャンパス
• [学会発表] Acceleration of Redox Reaction of Metal Oxide with Oxide Ion Conducting Support Materials and Application to Hydrogen Production (2014)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Otomo, Syunsuke Isogai, Fumihiko Kosaka, Hiroyuki Hatano
  • 学会等名: European Hydrogen Energy Conference (EHEC) 2014
  • 発表場所: Seville, Spain
• [学会発表] 酸化鉄の酸化還元反応を利用した水素貯蔵技術における担体効果の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高坂 文彦・幡野 博之・大島 義人・大友 順一郎
  • 学会等名: 化学工学会 第45回 秋季大会
  • 発表場所: 岡山大学 津島(東)キャンパス
• [学会発表] ケミカルループ燃焼における酸化物イオン伝導体を用いた酸素キャリア金属酸化物の還元反応特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 磯貝 俊介・大友 順一郎・幡野 博之
  • 学会等名: 化学工学会 第45回 秋季大会
  • 発表場所: 岡山大学 津島(東)キャンパス
• [学会発表] プロトン伝導性リン酸ガラス-セラミックスの微構造観察とイオン伝導特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 門田 稔・大島 義人・大友 順一郎
  • 学会等名: 化学工学会 第45回 秋季大会
  • 発表場所: 岡山大学 津島(東)キャンパス
• [学会発表] Effect of Gadolinia-Doped Ceria as Support Material on Redox of Iron Oxide for Energy Conversion System (2013)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Kosaka, Noriaki Kikuchi, Hiroyuki Hatano, Yoshito Oshima, Junichiro Otomo
  • 学会等名: International Symposium on Innovative Materials for Processes in Energy Systems 2013 (IMPRES2013)
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
• [備考] 大友研究室ホームページ
  • URL: http://www.otomolab.k.u-tokyo.ac.jp/index.html
• [備考] 大友研究室ホームページ
  • URL: http://www.otomolab.k.u-tokyo.ac.jp/index.html