日本开始研发氨燃料电池 目标是发电效率超过45%

日本已正式启动以氨(NH3)为燃料的新型燃料电池的开发。这是日本文部科学省与日本科学技术振兴机构(JST)推进的“尖端低碳化技术开发(ALCA) 特别重点技术领域能源载体”项目中的一项内容，由京都大学研究生院工学研究系教授江口浩一主导。

利用NH3作为燃料的优点是，其体积氢浓度为12.1kg/(100L)，高于液氢的7.06kg/(100L)。另外，NH3在标准大气压下的液化温度为25℃，与液氢的-242℃相比，极其容易处理。虽然也有利用碳化氢(CH)类燃料制造氢气的技术，但由于这种方法会产生一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)等，因此在低碳化方面存在课题。

江口教授的研究对象包括固体高分子型燃料电池(PEFC)和固体氧化物型燃料电池(SOFC)两种，实际打算实现的是SOFC。SOFC的工作温度高达700～900℃，因此，可以使NH3与氧气(O2)直接发生反应来发电(图1)。另外，除了直接反应之外，还在考虑间接反映，即使NH3分解为氢气(H2)和氮气(N2)，然后利用其中的氢气。

图1：以NH3为燃料的SOFC事例

SOFC的工作温度高达700～900℃，因此可使NH3与氧气发生直接反应。(图由《日经电子》根据京都大学的资料制成)

以NH3为燃料的SOFC方面，正极候选材料是镍(Ni)基金属陶瓷，电解质膜候选材料是部分稳定锆(Zr)类陶瓷，负极候选材料是添加了镧锶类材料的锰氧化物((La, Sr)MnO3)。据推算，采用上述材料制成的SOFC的发电效率将超过现有SOFC的45%。如果要进行间接反应的话，还要开发分解NH3时使用的催化剂材料。目前正在考虑的候选材料有铁(Fe)、钴(Co)、镍及钌(Ru)等。

PEFC存在固体高分子膜会因NH3发生劣化的课题。因此，要用熔盐催化剂在650℃以下的环境使NH3分解成氢气和氮气，然后在400℃以下的环境去除NH3，使氢气中NH3的浓度降至0.1ppm以下。由于必须去除大部分的NH3，因此估计这一点将成为一大技术课题。