電気反応場を用いた炭化水素の選択酸化用触媒の活性制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13126211
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 田川 智彦 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (10171571)
• Keywords: 電気反応場 / 触媒活性化 / 燃料電池反応器 / 固体電解質燃料電池 / 溶融炭酸塩燃料電池 / 燃料極電極触媒 / NEMCA効果 / メタン有効利用

Research Abstract

13年度の検討により、固体電解質燃料電池反応器に外部からポテンシャルを負荷すると透過酸素種の反応性が制御されることを見いだした。燃料電池動作中に昇温脱離を行うFC-TPD法を開発し、電圧印加により特定の酸素種が優先して透過することを明らかにし反応成績との関連を提案した。14年度は、アノード側に酸素と燃料が共存する触媒反応系での効果について検討を行った。アノード側に酸素とメタンを混合して流通させ、開回路(open、=通常の触媒反応)から閉回路(±0、=自立的な電気場の形成)に変更すると、酸化カップリング特性は変化せずに、二酸化炭素が大きく抑制されることがわかった。このことは、自立的な電気反応場の形成だけで選択性の制御が可能となることを示唆している。こうした変化は強制的な外部ポテンシャルの印加によってさらに大きく変化した。変化は電流値から推定される透過酸素量の数十倍の規模であり、ファラデーの法則から予測することのできない現象であることがわかった。
また、本年度は溶融炭酸塩燃料電池(MCFC)反応器についても検討を開始した。アノード触媒をSOFCの場合と共通とするため、La_2O_3およびSm_2O_3をチタン超微粒子とハイブリッド化し、通常の燃料電池用アノードとしての機能を確認した上で、燃料電池反応器で評価した。
カソードに「酸素+二酸化炭素」、アノードに「メタンのみ」を供給する「ドライメタン操作」を行ったところ、0.85Vの開回路起電力と15mA/cm^2の閉回路電流を観測した。このとき953Kという比較的低温で、エタン・エチレンの生成を確認した。一酸化炭素は生成せず、二酸化炭素のみが検出された。ただし、MCFCの特性として、カソード側から二酸化炭素が透過するため、完全酸化反応に起因する二酸化炭素のみを定量するには大きな誤差を伴う。ニッケル系アノード触媒の場合は完全酸化もしくは合成ガス生成が生起したことと比較すると、電極触媒設計の重要性が理解される。15年度はMCFC反応器での混合流通操作について検討を継続したい。

Research Products

• [Publications] T.Tagawa: "Ceramic anode catalyst for methane direct type molten carbonate fuel cell"Proc.17^<th> Int.Symp. on Chemical Reaction Engineering. August. 202 (2002)
• [Publications] S.Assabumrungrat: "Simulation of a palladium membrane reactor for dehydrogenation of ethylbenzene"J.Chem.Eng.Japan. 35. 263-273 (2002)
• [Publications] T.Tagawa: "Halogen-free Friedl-Crafts acylation of toluene with benzoic anhydride over insoluble heteropoly acid catalyst"J.Japan Petroleum Inst.. 46(2). 105-110 (2003)
• [Publications] 田川智彦: "超音波を用いた触媒の調製"ペトロテック. 25(6). 28-32 (2002)