| 研究課題/領域番号 |
15H04165
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
田口 正美 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (90143073)
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| 研究分担者 |
齋藤 嘉一 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (10302259)
加藤 純雄 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (50233797)
高橋 弘樹 秋田大学, 理工学研究科, 助教 (60632809)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 燃料電池 / アンモニア / エネルギー貯蔵体 |
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| 研究実績の概要 |
太陽光や風力などの再生可能なエネルギーの利用が強く求められており，その際のエネルギー貯蔵体としてアンモニアが注目されている．さらに，エネルギー貯蔵体であるアンモニアを効率的に電気エネルギーに変換する方法としては，「アンモニア燃料電池」が最適と判断される．本研究は，アンモニアを「エネルギー貯蔵体」とする新しいエネルギーシステムの構築を最終目的としており，エネルギー貯蔵体であるアンモニアを効率的に電気エネルギーに変換する「アンモニア燃料電池」の高性能化を追究している．そのため，研究期間内において，① Pt Oxide Blackを出発材料とした微粉末電極触媒の製造を行い，現行のアノード触媒であるPt Blackを大幅に上回るアンモニア酸化電流を発現できることを示した．② 表面増強赤外分光によるアンモニア酸化反応のその場解析を実施し，卓越した触媒活性の原因となる素過程を解析できた．③ アニオン交換膜を用いた固体高分子型アンモニア燃料電池の作製し，電流密度－起電力曲線および電流密度－出力密度曲線から放電特性を評価した．④ アンモニア燃料電池の電気化学還元処理と特性評価の関連を調査し，適切な電気化学還元処理によってアンモニア燃料電池の特性改善が見込めることを明らかにした．さらに，これらの研究成果ならびに関連研究の知見に基づいて，雑誌論文出版3件，学会発表20件うち国際学会発表3件，特許出願5件を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
① Pt Oxide Blackを出発材料とした微粉末電極触媒の製造：出発材料として微粉末のPt Oxide Blackを採用し，電気化学還元処理により現行のアノード触媒であるPt Blackを大幅に上回るアンモニア酸化電流を発現できた．② 表面増強赤外分光によるアンモニア酸化反応のその場解析：表面増強赤外分光法（SEIRAS）では，電気化学反応が起こっている電極と溶液の界面において，触媒表面の吸着種に関する情報をその場測定できる．Pt Oxide Blackを出発材料として新たに調製した電極触媒のアンモニア酸化反応における表面吸着種のその場測定を行い，卓越した触媒活性の原因となる素過程を解析した．③ アニオン交換膜を用いた固体高分子型アンモニア燃料電池の作製：新規に開発したアンモニア酸化触媒を用いたアルカリ形アンモニア燃料電池を製造し，発電特性を調査した．すなわち，Pt Oxide Blackを出発材料として作製したアノード触媒，カーボン粉末およびアニオン交換樹脂を混合し，OH－イオン導電体であるアニオン交換膜に塗布して，膜・電極接合体（MEA）を構成した．このMEAを燃料電池評価セルに装着し，計測される電流密度－起電力曲線および電流密度－出力密度曲線から放電特性を評価した．④ アンモニア燃料電池の電気化学還元処理と特性評価の関連調査：MEAを装着した状態においても，適切な電気化学還元処理を施すことで電極触媒のアンモニア酸化活性の向上，ひいては，アンモニア燃料電池の特性改善が見込める．Pt Oxide Blackでは，燃料電池構成後の電気化学的な処理によって活性が向上し，作製した水素－酸素燃料電池およびアンモニア－酸素燃料電池の両方において高い放電性能を確認できた．
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| 今後の研究の推進方策 |
① アニオン交換膜を用いた固体高分子型アンモニア燃料電池の作製：新規に開発したアンモニア酸化触媒を用いたアルカリ形アンモニア燃料電池を製造し，前年度と同様に発電特性を調査する．すなわち，Pt Oxide Blackを出発材料として作製したアノード触媒，カーボン粉末およびアニオン交換樹脂を混合し，OH－イオン導電体であるアニオン交換膜に塗布して，膜・電極接合体（MEA）を構成する．このMEAを燃料電池評価セルに装着し，計測される電流密度－起電力曲線および電流密度－出力密度曲線から放電特性を評価する．② 電極触媒層における触媒とアニオン交換樹脂の質量比の最適化：放電反応は，触媒Pt，アニオン交換樹脂およびアンモニア溶液で形成される3相界面で進行する．本研究では，電極触媒層におけるPt Oxide Blackとアニオン交換樹脂の質量比を変えることで3相界面を増大させ，アンモニア酸化活性の改善を図る．③ 大容量アルカリ燃料電池の製造と長期間発電試験：開発したアルカリ形アンモニア燃料電池の高起電力・大容量化を図る．また，1ヶ月程度の長期間発電試験を実施し，発電性能の安定性など実用化に向けた問題点を把握する．④ 学会発表および特許申請：以上の研究成果に基づき，特許申請を行うとともに，国内外の学協会での口頭発表と論文投稿を行う．
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