| 研究課題/領域番号 |
18H01629
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
川口 淳一郎 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特任教授 (10169691)
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| 研究分担者 |
池田 博英 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究領域主幹 (10770729) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 燃料電池 / 推進機関 / 亜酸化窒素 / ダイレクトメタノール燃料電池 |
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| 研究実績の概要 |
宇宙空間での、推進機関と電力系を複合する燃料電池＋２液推進機関の実証を目指し、地上試験にて推進機関に適用できる、常温下で液体である燃料と酸化剤を用いた燃料電池システムを構築し、その性能評価を実施することである。
本2019年度、連続酸素改質を、触媒を用いずに安定してかつ容易に行う方法を考案・開発し、N2Oを繰り返し連続改質させる道を開いた。また、亜酸化窒素(N2O)の連続酸素改質器で得られたガス酸素(GOX)を使い、ダイレクトメタノール燃料電池(DMFC)での連続運転が可能であることを実証した。事前の酸素要求量の推定値では、80Wに対して0.35NL/min であったが、結果は、0.4NL/min であり、システムの機能を定量的に検証することに成功した。燃料をメタノールとした場合、実際に推進機関としても利用可能な、液状の燃料と酸化剤を用いて、燃料電池を駆動することに成功したことになる。よって、この方式がミニマムの最低限の宇宙機での利用への要件を備えていることを確認できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
想定以上の成果を得ている。
実際に亜酸化窒素(N2O) に、連続酸素改質器を装備し、新たに開発した起動装置を組み合わせることで、N2Oを繰り返し連続改質させる実用化に道を開いた。また、亜酸化窒素(N2O)の連続酸素改質器で得られたガス酸素(GOX)を使い、ダイレクトメタノール燃料電池(DMFC)での連続運転が可能であることを、定量性をもって実証した。
水素キャリアとしては、当初のヒドラジンは、分子量32で、水素4を輸送するが、メタノールは、分子量同じく分子量 32 で水素4を運ぶため、依然として高い水素キャリアとなっている。エタノールでは、分子量44で水素6を輸送できるのでさらにキャリア能力は向上する。したがって、本課題で掲げていたすべての点をクリアできる見通しを得たことになる。
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| 今後の研究の推進方策 |
実用機には、より推進機関に適した、エタノールを用いたシステムが望ましく、今年度は、固体酸化剤型燃料電池を本亜酸化窒素連続改質器と複合させてシステム構築をはかる計画である。燃料をエタノールとする方式では、燃料電池としては高分子交換膜での発電は難しく、来年度に固体酸化剤（セラミック）型燃料電池を用いた試験を実施する計画であり、宇宙機での利用を本格的に確認できるシステム試験の実施へ移行する予定である。
また、この触媒を要しない酸素ガス生成方法は、この燃料電池にとどまらず、はば広い分野での波及的な応用も期待されるところであり、その面での普及紹介にもつとめる方針である。とくに単独で１液式の推進機関への応用を進める。
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| 備考 |
新たな改質器の起動方式は、改質器内部にヒータを内蔵させず、かつ高温の起動ガスを低電力で得る方法であり、新たな知財出願を計画している。
本課題で得られた、触媒なしでの連続高温ガス製造方法は、単独の１液式の推進機関としての活用も見込まれる。とくに無毒性と触媒を要しないことは、通常は矛盾する特性で、広く安全な搭載エンジンへの適用も見込まれる。産業応用上、貴重である
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