日本開始研發(fā)氨燃料電池 目標是發(fā)電效率超過45%

日本已正式啟動以氨(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)振興機構(gòu)(JST)推進的”尖端低碳化技術(shù)開發(fā)(ALCA) 特別重點技術(shù)領(lǐng)域能源載體”項目中的一項內(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)點是，其體積氫濃度為12.1kg/(100L)，高于液氫的7.06kg/(100L)。另外，NH3在標準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，實際打算實現(xiàn)的是SOFC。SOFC的工作溫度高達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)和氮氣(N2)，然后利用其中的氫氣。

圖1：以NH3為燃料的SOFC事例

SOFC的工作溫度高達700～900℃，因此可使NH3與氧氣發(fā)生直接反應(yīng)。(圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)京都大學(xué)的資料制成)

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%。如果要進行間接反應(yīng)的話，還要開發(fā)分解NH3時使用的催化劑材料。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分解成氫氣和氮氣，然后在400℃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，因此估計這一點將成為一大技術(shù)課題。

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