日本京都大學(xué)研發(fā)氨燃料電池

    鋰電世界  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年度啟動的“能源存儲、運輸、使用等相關(guān)革新性技術(shù)開發(fā)”項目（通稱：能源載體項目）中推進(jìn)研發(fā)的。

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

    能源載體項目由制氨組、用氨組、有機氰化物組、工藝工學(xué)組四個團隊來實施。該項目計劃將氨（NH3）作為氫氣源使用，推進(jìn)這項研發(fā)的原因在于液氨的單位體積氫濃度為12.1kg/100L，高于液氫的7.06kg/100L。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，使用采用的利用碳化氫（CH）類燃料制造氫的方法由于會產(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。研究對象包括固體高分子型（PEFC）和固體氧化物型（SOFC）燃料電池。實際的目標(biāo)是實現(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)計方針是，針對目前作為家用產(chǎn)品在市場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氣，然后在400℃以下的環(huán)境去除氨氣，使氫氣中的氨濃度降至0.1ppm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氨氣的耐受性很弱，因此必須去除大部分的氨氣。估計這一點將成為一大技術(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)（圖）。當(dāng)然，目前還在考慮進(jìn)行將氨先分解為氫氣和氮氣，然后再與氧氣反應(yīng)的的間接反應(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。存在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轉(zhuǎn)方法等。