日本京都大學研發(fā)氨燃料電池

    鋰電世界  日本京都大學研究生院工學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省2013年度啟動的“能源存儲、運輸、使用等相關革新性技術開發(fā)”項目（通稱：能源載體項目）中推進研發(fā)的。

    江口教授在日本科學技術振興機構（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推進的尖端低碳化技術開發(fā)（ALCA）中的重點技術領域之一。預計能源載體項目1年的研發(fā)預算約為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，氨在標準大氣壓下的液化溫度為25℃，比較容易處理。而氫在標準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課題。

    在家用燃料電池中，大阪燃氣公司及吉坤日礦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700～900℃，因此可以進行使氨與氧氣直接發(fā)生反應來發(fā)電的直接反應（圖）。當然，目前還在考慮進行將氨先分解為氫氣和氮氣，然后再與氧氣反應的的間接反應。

    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。

    設計方面的課題是，需要研究出氨分解反應器與固體氧化物型燃料電池的配置及運轉方法等。