2023 年度研究成果報告書

プロトンポンピング効果によるセラミックス燃料電池の作動温度低減

研究課題

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研究課題/領域番号	21H02035
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関	北海道大学
研究代表者	青木芳尚北海道大学, 工学研究院, 教授 (50360475)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	プロトン燃料電池 / 水素透過膜燃料電池
研究成果の概要	BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O2.9(BZCYYb1711)、およびその高酸素欠損組成のBaZr0.1Ce0.5Y0.1Yb0.3O2.8(BZCYYb1513)を電解質に用いた水素透過膜燃料電池(HMFC)を構築し、比較検討した。BZCYYb1711では水分子が0.08会合するのに対し、BZCYYb1513では0.17導入されることがわかった。更に後者を用いたHMFCでは400℃にて1.15Vの開回路電圧と0.5 A cm-2@0.7 Vの出力を示すのに対し、前者では約半分の出力しか示さなかった。以上から高酸素欠損電解質によるプロトンポンピング増強効果が証明された。
自由記述の分野	エネルギー化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究の目的はであるHMFCは、アノード側がデッドエンド構造、即ちアノード排気ガスが基本的に必要無い。従って水素燃料を無駄にすることがなく、水素利用率100％の燃料電池として期待できる。一方で従来のHMFCは貴金属Pdを大量に必要としたが、本研究では作動温度を300℃程度まで低減することに成功したため、V等の遷移金属水素透過膜を利用したセルを開発することができた。従って大型船舶や定置型電源に利用可能な高効率中温作動型燃料電池の道筋をつけた。