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» 2021年11月10日 08時00分 公開

ジェイテクトが直接ギ酸形燃料電池を開発、メタノール燃料電池の出力を上回る組み込み開発ニュース

ジェイテクトは、人工光合成によって生成される材料の一つであるギ酸を燃料に用いる直接ギ酸形燃料電池について、国内初の50W級機能実証機を開発したと発表。同社はこの直接ギ酸形燃料電池を「J-DFAFC」と名付け、脱炭素やカーボンニュートラルへの貢献に役立てたい考えだ。

[朴尚洙,MONOist]
ジェイテクトが開発した直接ギ酸形燃料電池の50W級機能実証機 ジェイテクトが開発した直接ギ酸形燃料電池の50W級機能実証機[クリックで拡大] 出所:ジェイテクト

 ジェイテクトは2021年11月9日、人工光合成によって生成される材料の一つであるギ酸を燃料に用いる直接ギ酸形燃料電池について、国内初の50W級機能実証機を開発したと発表した。2018年から金沢大学 教授の辻口准氏と共同研究を進めてきた中での成果となる。同社はこの直接ギ酸形燃料電池を「J-DFAFC(JTEKT-Direct Formic Acid Fuel Cell)」と名付け、脱炭素やカーボンニュートラルへの貢献に役立てたい考えだ。

 直接ギ酸形燃料電池は、固体高分子形燃料電池(PEFC)の一種で、燃料として水素ガスやアルコール水溶液ではなく、ギ酸水溶液(HCOOH)と空気中の酸素(O2)を用いて発電する燃料電池である。負極(アノード)に供給されたギ酸水溶液が触媒によって二酸化炭素(CO2)に分解され、その際に水素イオン(H)と電子(e)を生成し、生成された電子は外部回路を通って、水素イオンは電解質膜を通って正極(カソード)に達し、酸素と反応して水(H2O)を生成する。これらの化学反応によって電力が発生する仕組みだ。

直接ギ酸形燃料電池の発電原理 直接ギ酸形燃料電池の発電原理[クリックで拡大] 出所:ジェイテクト

 今回開発した機能実証機では、金沢大学が研究開発した独自のパラジウム触媒技術、ジェイテクトの既存事業で長年培ってきた材料・表面処理技術、解析技術、モノづくり技術などを組み合わせて発電効率を向上した。9cm角のセルを複数枚積層した燃料電池セル構造となっており、メタノールを利用する燃料電池を上回る最大出力密度290mW/cm2を達成した。また、低騒音、低振動での稼働が可能で、液体型燃料電池の特徴を生かした長時間の発電が可能だという。

直接ギ酸形燃料電池の電池セル 直接ギ酸形燃料電池の電池セル 出所:ジェイテクト
直接ギ酸形燃料電池の50W級機能実証機の内部構造 直接ギ酸形燃料電池の50W級機能実証機の内部構造 出所:ジェイテクト

 現在は数百W級の燃料電池の開発を進めており、ジェイテクト社内での利用を計画している。さらに1kW級の開発を進めて商品化も目指す。照明、通信用電子機器などの電源をはじめ、非常用電源、遠隔地電源、さらには住宅や施設での小型分散電源などの用途を狙い、出力密度の向上、電力安定化の技術開発を推進するとしている。

 ギ酸は、工業分野では樹脂や酢酸製造時の副産物として生産、流通している。主に畜産や農業の分野で使用されているものの限定的で、エネルギー資源としては未利用の状況にある。ギ酸の分子構造はHCOOHで、水溶液は燃焼、爆発の可能性がなく安全性に優れ、環境循環性が高いことから、水素、アンモニア、アルコールなどの他の発電用燃料と比べ、入手性、環境性の点でも優位だという。また、将来的には、人工光合成に代表される二酸化炭素と水の反応で合成されるギ酸の活用も期待できる。

 ジェイテクトは、2016年に策定した「環境チャレンジ2050」を進める中で、環境循環性に優れエネルギー密度が高いギ酸に着目。燃料電池分野に精通する金沢大学の辻口氏と2018年から直接ギ酸形燃料電池の共同研究をスタート。産学連携によって研究を加速し、今回の成果につなげたとしている。

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