日本京都大學(xué)開始研發(fā)氨燃料電池

日本京都大學(xué)研究生院工學(xué)研究系的江口浩一教授日前就氨燃料電池的研發(fā)內(nèi)容發(fā)表了演講，這種電池是在日本文部科學(xué)省2013年度啟動(dòng)的“能源存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用等相關(guān)革新性技術(shù)開發(fā)”項(xiàng)目（通稱：能源載體項(xiàng)目）中推進(jìn)研發(fā)的。

江口教授在日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）2013年11月20日舉辦的JST理事長(zhǎng)記者說明會(huì)上，作為能源載體項(xiàng)目的具體研發(fā)事例發(fā)表演講介紹了氨燃料電池。能源載體項(xiàng)目是JST推進(jìn)的尖端低碳化技術(shù)開發(fā)（ALCA）中的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域之一。預(yù)計(jì)能源載體項(xiàng)目1年的研發(fā)預(yù)算約為10億日元。

能源載體項(xiàng)目由制氨組、用氨組、有機(jī)氰化物組、工藝工學(xué)組4個(gè)團(tuán)隊(duì)來實(shí)施。該項(xiàng)目計(jì)劃將氨（NH3）作為氫氣源使用，推進(jìn)這項(xiàng)研發(fā)的原因在于液氨的單位體積氫濃度為12.1 kg/100 L，高于液氫的7.06 kg/100 L。而且，氨在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的液化溫度為25℃，比較容易處理。而氫在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的液化溫度為-242℃，必須在極低溫度下保存，這是一大技術(shù)課題。另外，利用碳化氫（CH）類燃料制造氫的方法由于會(huì)產(chǎn)生一氧化碳（CO）及二氧化碳（CO2）等，因此在低碳化方面存在問題。

江口教授是作為用氨組的一員研發(fā)氨燃料電池。研究對(duì)象包括固體高分子型（PEFC）和固體氧化物型（SOFC）燃料電池。實(shí)際的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在高溫環(huán)境下工作的固體氧化物型氨燃料電池。

目前的設(shè)計(jì)方針是，針對(duì)目前作為家用產(chǎn)品在市場(chǎng)上普及的固體高分子型電池用途，使用熔鹽催化劑在650℃以下的環(huán)境使氨分解成氫氣和氮?dú)?，然后?00℃以下的環(huán)境去除氨氣，使氫氣中的氨濃度降至0.1 mg/L以下，再將分解后的氫氣輸送給燃料電池。固體型燃料電池的固體高分子膜對(duì)氨氣的耐受性很弱，因此必須去除大部分的氨氣。估計(jì)這一點(diǎn)將成為一大技術(shù)課題。

在家用燃料電池中，大阪燃?xì)夤炯凹と盏V日石能源公司等推出的固體氧化物型產(chǎn)品的工作溫度高達(dá)700～900℃，因此可以進(jìn)行使氨與氧氣直接發(fā)生反應(yīng)來發(fā)電的直接反應(yīng)。當(dāng)然，目前還在考慮進(jìn)行將氨先分解為氫氣和氮?dú)猓缓笤倥c氧氣反應(yīng)的間接反應(yīng)。

以氨為燃料的固體氧化物型燃料電池方面，正極的候選材料是鎳基金屬陶瓷，電解質(zhì)膜的候選材料是局部穩(wěn)定化的氧化鋯類陶瓷，負(fù)極的候選材料是添加了鑭鍶類的錳氧化物。據(jù)推算，其發(fā)電效率是現(xiàn)有固體氧化物型電池的45%以上。已有的課題是用來分解氨的催化劑材料，目前正在考慮的候選材料有鐵、鈷、鎳及釕等。

設(shè)計(jì)方面的課題是需要研究出氨分解反應(yīng)器與固體氧化物型燃料電池的配置及運(yùn)轉(zhuǎn)方法等。