| 研究課題/領域番号 |
18H01629
|
|---|
| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
|---|
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, 名誉教授 (10169691)
|
|---|
| 研究分担者 |
川田 達也 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (10271983)
八代 圭司 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (20323107)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | 燃料電池 / 推進機関 / 亜酸化窒素 / 固体酸化物燃料電池 / 酸素改質 / 水素キャリア / 宇宙機 / 宇宙探査機 |
|---|
| 研究実績の概要 |
（概要）液相で輸送、貯蔵可能な、宇宙機搭載の酸化剤および燃料を用いた「液－液」燃料電池の研究の最終年度にあたり、亜酸化窒素の酸素改質を固体酸化物で行わせるSOFC 燃料電池の発電実験を行った。宇宙機の推進機関への適用を想定し、エタノール水混合溶液(エタノール25％)を室温(20℃)で気化させ、Arをキャリアガスとして供給した。水を加えることは、推進機関としての性能を落とすことにつながらず、むしろ安定な発電性能と燃焼性能を得ることに貢献する。十分に低温での非凍結性の維持が可能であり、搭載電力を大幅に低減できる。また、酸化剤たる亜酸化窒素の供給系についても、全く新しい様式の収容形態を見出し、米国に知財出願を行った。バイオエタノールの採用で、水素キャリアとしての産業・社会応用に道が開かれた。
（結果骨子）燃料、酸化剤として、宇宙機搭載が可能な組み合わせである、亜酸化窒素と加水エタノールを用い、実際に発電を実証できた。開回路起電力は 0.91Vであったが、エタノールを改質器等を介さず直接燃料極に供給するシンプルな系と考えると比較的良い値である。試験は2回行ったがいずれも同等の結果が得られている。発電時の電流密度は端子電圧 0.7Vで0.24Acm-2であった。エタノール改質用の触媒の配置や、電極触媒への燃料供給の最適化等によりさらに高めることができる。
（見解）本課題で宇宙機用液体推進剤を利用した燃料電池発電が、比較的単純な構成でシステムとして機能することが確認された。非凍結性と推進性能、および発電性能の3重の機能の同時実現は、宇宙機において格別な意義をもつ。短時間に高電力の運用を行うために、過剰な電源系を装備させることを回避でき、とくに深宇宙におけるミッションを大きく拡張することにつながる。得られた知見は、脱炭素社会の実現をうながす水素キャリアとしての社会・産業応用への通ずる。
|
| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
