イオン・電子輸送に基づく動的構造制御とエネルギー貯蔵型燃料電池の開発
【研究分野】持続可能システム
【研究キーワード】
低炭素社会 / 燃料電池 / イオン伝導体 / 酸化還元反応
【研究成果の概要】
本研究では、イオン・電子輸送現象と充放電時の酸化還元サイクルにおける反応・輸送・形態の動的変化を組み合わせた材料設計を行い、高性能燃料電池の技術を基にエネルギーの大量貯蔵と発電機能を有する新規な電気化学システムを提案した。イオン・電子伝導性を有する活物質材料による高速水素生成反応について検討し、高速な酸化還元反応と安定性を実現するキャリア粒子の開発を行った。さらに、極めて高効率なプロトン伝導性セラミック燃料電池（PCFC）を設計し、プロトタイプのセルを開発した。開発したキャリア粒子とPCFCから成るエネルギー貯蔵型燃料電池システムを設計し、高性能かつ経済性を有するシステム提案を行った。
【研究の社会的意義】
本研究の成果の学術的意義は、イオン、電子輸送物性を制御し、長寿命の酸化還元反応を実現するエネルギー貯蔵型燃料電池システムを設計・提案する点にある。この研究を通じて、金属酸化物の酸化還元反応速度の情報によるシステム全体への影響について明らかにすることができた。さらに、将来の大規模な再生可能エネルギーの導入のよる電力の平準化や、高密度エネルギー貯蔵と高効率なエネルギー変換を同時に満たす新しい技術が必要であり、本研究は、将来のシステム開発に貢献できる内容である。エネルギー密度についても、金属酸化物を用いることで、リチウムイオン電池等の従来技術を大きく上回るシステムを構築することができた。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31
【配分額】36,270千円 (直接経費: 27,900千円、間接経費: 8,370千円)