資源環境·エネルギーミニマム型システム(2)－科学技術振興機構大型プロジェクト研究から：高温運転メタノール直接型燃料電池の開発

摘要

液体メタノールを直接供給して電気を得る固体高分子形燃料電池（DMFC：Direct Methanol Fuel Cell，図1）は，改質ガス型とは異なり燃料改質器関連機器が一切不要であるため，システム全体の構造が簡略化される．また，起動とメンテナンスが容易となるため，電気自動車用はもとより携帯機器用電源としても最適である．しかし現状では，メタノールを電気化学的に酸化する反応が遅いため，改質ガス型に比べてアノード（燃料極）性能が著しく低い．さらに，電解質膜を浸透したメタノールがカソード（酸素極）で非電気化学的に酸化される燃料浪費と，それによるカソード性能の低下も大きな問題である．我々は高温作動(～150℃)可能なDMFCの実現に向けた基礎的研究を行った．このような高温運転によって，（1）電極反応，とりわけアノード反応速度の促進による電池の高性能化，（2）高品位廃熱の利用拡大による電池の総合効率の向上，（3）触媒量の低減，電池のコンパクト化，コストダウン等，極めて大きなメリットがもたらされる．これを実現するために，本研究プロジェクトでは，1.白金系合金電極のメタノール酸化および酸素還元活性評価法の活性評価法の開発と温度依存性の解析；2. in-situ FTIR法によるメタノール酸化機構の解明；3. in-situ STM，電気化学水晶振動子ナノバランス(EQCN)，電気化学－光電子分光複合法(EC-XPS)を組み合わせた合金触媒作用のナノスケール複合解析；4.メタノール代替液体燃料の安定性·電気化学酸化の評価；5.電解質膜への白金高分散によるクロスオーバー抑制；6.導電性が高く，メタノール浸透が抑えられる新型電解質膜と，それに適した膜／電極接合体の開発を行った．ここでは，これらの成果の一部を述べる．