日本開始研發(fā)發(fā)電效率超45%的氨燃料電池

      鋰電世界   日本已正式啟動(dòng)以氨(NH3)為燃料的新型燃料電池的開發(fā)。這是日本文部科學(xué)省與日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)推進(jìn)的“尖端低碳化技術(shù)開發(fā)(ALCA)特別重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域能源載體”項(xiàng)目中的一項(xiàng)內(nèi)容，由京都大學(xué)研究生院工學(xué)研究系教授江口浩一主導(dǎo)。

      利用NH3作為燃料的優(yōu)點(diǎn)是，其體積氫濃度為12.1kg/(100L)，高于液氫的7.06kg/(100L)。另外，NH3在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的液化溫度為25℃，與液氫的-242℃相比，極其容易處理。雖然也有利用碳化氫(CH)類燃料制造氫氣的技術(shù)，但由于這種方法會(huì)產(chǎn)生一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)等，因此在低碳化方面存在課題。

      江口教授的研究對象包括固體高分子型燃料電池(PEFC)和固體氧化物型燃料電池(SOFC)兩種，實(shí)際打算實(shí)現(xiàn)的是SOFC。SOFC的工作溫度高達(dá)700～900℃，因此，可以使NH3與氧氣(O2)直接發(fā)生反應(yīng)來發(fā)電(圖1)。另外，除了直接反應(yīng)之外，還在考慮間接反映，即使NH3分解為氫氣(H2)和氮?dú)?N2)，然后利用其中的氫氣。

      SOFC的工作溫度高達(dá)700～900℃，因此可使NH3與氧氣發(fā)生直接反應(yīng)。

      以NH3為燃料的SOFC方面，正極候選材料是鎳(Ni)基金屬陶瓷，電解質(zhì)膜候選材料是部分穩(wěn)定鋯(Zr)類陶瓷，負(fù)極候選材料是添加了鑭鍶類材料的錳氧化物((La, Sr)MnO3)。據(jù)推算，采用上述材料制成的SOFC的發(fā)電效率將超過現(xiàn)有SOFC的45%。如果要進(jìn)行間接反應(yīng)的話，還要開發(fā)分解NH3時(shí)使用的催化劑材料。目前正在考慮的候選材料有鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳及釕(Ru)等。

     PEFC存在固體高分子膜會(huì)因NH3發(fā)生劣化的課題。因此，要用熔鹽催化劑在650℃以下的環(huán)境使NH3分解成氫氣和氮?dú)猓缓笤?00℃以下的環(huán)境去除NH3，使氫氣中NH3的濃度降至0.1ppm以下。由于必須去除大部分的NH3，因此估計(jì)這一點(diǎn)將成為一大技術(shù)課題。