日本研发氨燃料电池发电效率预计超过45％

2014-01-11 00:02

　　日本已正式启动以氨（NH3）为燃料的新型燃料电池的开发。这是日本文部科学省与日本科学技术振兴机构（JST）推进的“尖端低碳化技术开发（ALCA）特別重点技术领域能源载体”项目中的一项内容，由京都大学研究生院工学研究系教授江口浩一主导。

　　利用NH3作为燃料的优点是，其体积氢浓度为12.1kg/（100L），高于液氢的7.06kg/（100L）。另外，NH3在标准大气压下的液化温度为25℃，与液氢的-242℃相比，极其容易处理。虽然也有利用碳化氢（CH）类燃料制造氢气的技术，但由于这种方法会产生一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）等，因此在低碳化方面存在课题。

　　江口教授的研究对象包括固体高分子型燃料电池（PEFC）和固体氧化物型燃料电池（SOFC）两种，实际打算实现的是SOFC。SOFC的工作温度高达700～900℃，因此，可以使NH3与氧气（O2）直接发生反应来发电（图1）。另外，除了直接反应之外，还在考虑间接反映，即使NH3分解为氢气（H2）和氮气（N2），然后利用其中的氢气。

　　图1：以NH3为燃料的SOFC事例

　　SOFC的工作温度高达700～900℃，因此可使NH3与氧气发生直接反应。

　　以NH3为燃料的SOFC方面，正极候选材料是镍（Ni）基金属陶瓷，电解质膜候选材料是部分稳定锆（Zr）类陶瓷，负极候选材料是添加了镧锶类材料的锰氧化物（（La，Sr）MnO3）。据推算，采用上述材料制成的SOFC的发电效率将超过现有SOFC的45％。如果要进行间接反应的话，还要开发分解NH3时使用的催化剂材料。目前正在考虑的候选材料有铁（Fe）、钴（Co）、镍及钌（Ru）等。

　　PEFC存在固体高分子膜会因NH3发生劣化的课题。因此，要用熔盐催化剂在650℃以下的环境使NH3分解成氢气和氮气，然后在400℃以下的环境去除NH3，使氢气中NH3的浓度降至0.1ppm以下。由于必须去除大部分的NH3，因此估计这一点将成为一大技术课题。