京都大学开始研发氨燃料电池

日本京都大学研究生院工学研究系的江口浩一教授日前就氨燃料电池的研发内容发表了演讲，这种电池是在日本文部科学省2013年度启动的“能源存储、运输、使用等相关革新性技术开发”项目(通称：能源载体项目)中推进研发的。

江口教授在日本科学技术振兴机构(JST)2013年11月20日举办的JST理事长记者说明会上，作为能源载体项目的具体研发事例发表演讲介绍了氨燃料电池。能源载体项目是JST推进的尖端低碳化技术开发(ALCA)中的重点技术领域之一。预计能源载体项目1年的研发预算约为10亿日元。

能源载体项目由制氨组、用氨组、有机氰化物组、工艺工学组四个团队来实施。该项目计划将氨(NH3)作为氢气源使用，推进这项研发的原因在于液氨的单位体积氢浓度为12.1kg/100L，高于液氢的7.06kg/100L。而且，氨在标准大气压下的液化温度为25℃，比较容易处理。而氢在标准大气压下的液化温度为-242℃，必须在极低温度下保存，这是一大技术课题。另外，使用采用的利用碳化氢(CH)类燃料制造氢的方法由于会产生一氧化碳(CO)及二氧化碳(CO2)等，因此在低碳化方面存在问题。

江口教授是作为用氨组的一员研发氨燃料电池。研究对象包括固体高分子型(PEFC)和固体氧化物型(SOFC)燃料电池。实际的目标是实现在高温环境下工作的固体氧化物型氨燃料电池。

目前的设计方针是，针对目前作为家用产品在市场上普及的固体高分子型电池用途，使用熔盐催化剂在650℃以下的环境使氨分解成氢气和氮气，然后在400℃以下的环境去除氨气，使氢气中的氨浓度降至0.1ppm以下，再将分解后的氢气输送给燃料电池。固体型燃料电池的固体高分子膜对氨气的耐受性很弱，因此必须去除大部分的氨气。估计这一点将成为一大技术课题。

在家用燃料电池中，大阪燃气公司及吉坤日矿日石能源公司等推出的固体氧化物型产品的工作温度高达700～900℃，因此可以进行使氨与氧气直接发生反应来发电的直接反应(图)。当然，目前还在考虑进行将氨先分解为氢气和氮气，然后再与氧气反应的的间接反应。

以氨为燃料的固体氧化物型燃料电池方面，正极的候选材料是镍基金属陶瓷，电解质膜的候选材料是局部稳定化的氧化锆类陶瓷，负极的候选材料是添加了镧锶类的锰氧化物。据推算，其发电效率是现有固体氧化物型电池的45%以上。存在的课题是用来分解氨的催化剂材料，目前正在考虑的候选材料有铁、钴、镍及钌等。

设计方面的课题是，需要研究出氨分解反应器与固体氧化物型燃料电池的配置及运转方法等。