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- エネルギー資源を大切に使う社会を目指して -

山口 「高効率次世代燃料電池」プロジェクト

 固体高分子形燃料電池のための新規電解質膜、新規触媒層を開発し、それぞれをコーディネートすることにより広い温度、湿度、電流密度領域で高い性能を示す燃料電池を目指します。

黒木秀記、田巻孝敬研究員および山口猛央PLの研究成果が「Journal of the Electrochemical Society」に掲載されました。
題目:「Nanostructural Contorol Performance Analysis of Carbon-free Catalyst Layers using Nanoparticle-connected Hollow Capsules for PEFCs」

プロジェクトリーダー

プロジェクトリーダー 山口 猛央山口 猛央


東京工業大学
資源化学研究所 教授

研究体制

期 間
2013年4月〜2017年3月
構 成
プロジェクトリーダー
常勤研究員
非常勤研究員
大学からの研究協力員
県内公設試験機関
企業からの派遣研究員を予定しています。
事務補助員
実施場所
東京工業大学すずかけ台キャンパス内
KASTプロジェクト室

研究員一覧

中間評価報告書

研究概要


  現在の科学技術では、化学物質から仕事(電気)への変換効率は極めて低く、自然界が教えてくれる理想的変換効率の半分にも満たない状況です。なるべく早く「エネルギー資源を大切に使う社会」を達成しなければ、化石燃料の枯渇や地球温暖化問題を避けて通れません。新たな発電(化学物質→電気)技術が必要不可欠となっています。

  近年注目されている燃料電池のうち、特に固体高分子形燃料電池(PEFC)は、低温作動、小型で移動が可能であり、必要な場所で、必要なときに、必要な量を高効率に発電できる優れたシステムです。常温から100℃程度の低温で高効率に発電できるPEFCは、水素イオンを伝導するために、電解質に必要な水分の供給・調整が必要ですが、これが高効率化、信頼性向上を妨げています。さらに、白金使用量の低減も大規模普及前に達成すべき課題であり、現在の出力を2倍、3倍と向上させれば、必要な白金量だけで無く燃料電池全体のコストまでも一気に低減できます。   もし、電解質膜や触媒層などを革新的に改善することで、低湿度から高湿度の幅広い範囲での運転を可能にし、水を液体水ではなく気体の水蒸気として扱える100℃以上での運転が可能となれば、信頼性、低コスト化だけで無く、大幅な効率向上が実現できます。物質の移動速度が原因で電池出力が限られている現状も、新しい発想で解決することが可能です。
  本プロジェクトでは、これらを実現するために、新しい材料をシステム的に設計開発します。デバイスにとって、真に必要な材料機能を、分子から設計し、ただ面白い材料を開発するのでは無く、狙った機能を分子・ナノ・メソ・マクロとシステム的に設計し、新しい膜および触媒を短期に開発します。
  低コスト・高効率なPEFCの開発課題は既に明確であり、膜性能の湿度温度依存性の緩和、活性向上から触媒の白金含有率低減、膜と触媒の耐久性向上を実現すると共に、デバイスとしての物質移動の促進、高出力化、耐久性向上を実現します。これらを実現することによって、大型発電所に頼らない、「エネルギー資源を大切に使う社会」を構築できると考えています。
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研究内容

 

新規触媒・触媒層材料の開発

  複数金属元素の超格子構造により、高価な白金の含有量を低減しつつ高性能・高耐久性を両立する新規触媒を開発します。また、高速に物質が移動すると同時に高温・低湿度という特殊な環境でも高い性能を実現する触媒層材料を開発します。さらに上記の融合により低コストで高効率の触媒・触媒層を実現します。
 
 

高温・低加湿対応電解質膜の開発

  電解質ポリマーを多孔質膜の微細孔細孔内部に構造を制御して充填した細孔フィリング電解質膜を開発します。高温耐性に優れた多孔質膜の開発や電解質ポリマーの最適化により、高温耐性・低加湿に対応できる電解質膜の開発を行います。さらに細孔フィリング膜技術の優れた特性を、他のエネルギーデバイスへ広く展開します。
 
 

高出力・高温・低湿度対応型燃料電池の開発

 開発した高速物質移動触媒層および高温・低湿度対応材料を融合し、膜・電極接合体(MEA)を作製し、燃料電池特性の評価を行います。さらに高度なシミュレーション技術も駆使し、より効率の高いデバイス設計を検討し、最終的に高温・低湿度で高性能・高出力を低コストで実現する次世代高効率燃料電池の開発を目指します。
 

イノベーションセンター 研究支援グループ
TEL:044-819-2034 FAX:044-819-2026
研究推進グループ E-mail : res@newkast.or.jp

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