燃料電池
燃料電池は、水素と酸素から化学反応によりCO2フリーな電力を直接得ることができるデバイスとして知られています。当研究室では、燃料電池の特徴を生かした新たなケミカルリアクターとしての応用や、新規燃料電池の研究開発に取り組んでいます。
新たなケミカルリアクターとしての応用
「吸熱反応である有機ハイドライドからの脱水素」と「発熱反応である発電」の2つのプロセスを燃料電池内で同時に行うことに挑戦しています。そのために固体酸化物型燃料電池の運転条件(セルの温度等)を詳細に検討することにより、有機ハイドライドの一つであるメチルシクロヘキサンから、発電しながらトルエンを回収することに成功しました。
この成果により、従来必要であった脱水素設備を使用せずに、脱水素反応より少ないエネルギーで発電できる可能性が示されました(Fig.1)。また、回収したトルエンの生成割合は94%でした。加えて、条件を変更することにより、燃料電池を用いて芳香族の骨格に酸素基を導入できることも明らかにしています。

Fig. 1 燃料電池を利用した新たな脱水素、発電反応 (早大2023/7/19プレスリリース)
プロトン伝導型セラミック燃料電池の開発
運転温度の高い、固体酸化物形燃料電池は、反応活性が高い為、高い発電効率を得ることができます。しかしながら、燃料極で水が生成するため、燃料が希釈されネルンストロスが生じてしまいます。これを防ぐ為に、プロトン伝導タイプのセラミック燃料電池が注目されています。当研究室でもBa系電解質を中心に中間層の効果を検討し、ケミカルリアクターとしての適用を目指しています。

Fig. 2 Cross sectional chemical composition of proton-conducting SOFC by EDS.1)