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大发公布以肼为燃料的无需Pt的燃料电池

2007-09-19 13:15:54 日经BP社

  大发工业于2007年9月14日宣布,已经开发出使用肼(N2H4)燃料的燃料电池系统的基础技术。催化剂不使用铂(Pt),但可实现与过去使用氢气作为燃料的燃料电池(PEFC)同样的功率。这是与日本产业技术综合研究所合作开发出的技术。

  该公司曾在05年10月16日开幕的美国电化学学会(The Electrochemical Society)的会议上发表过关于使用肼的燃料电池。此次与05年公开时相比,不仅大幅提高了燃料电池的性能,还新开发了储藏技术以实现肼的安全使用。

  该公司开发出的肼燃料电池不使用普通的阳离子交换膜(Cation交换膜),而使用阴离子交换膜(Anion交换膜);采用OH-(而不是质子(H+))从空气极到燃料极移动的方式发电。无需使用高价的Pt催化剂;而且燃料电池内部呈碱性,所以不会形成像过去PEFC产品的强酸环境,可实现分离器等部件的低成本化。

  依据大发工业此次发布的结果,燃料电池的最大功率密度为500mW/cm2,实现了与过去的氢气燃料电池(PEFC)相同的功率。05年公布时的功率密度仅为190mW/cm2,但是由于电极及MEA(膜及电极复合体)的优化,实现了功率密度的提高。

  不过,由于肼燃料电池的电动势为1.56V,比氢气燃料PEFC的1.23V高出25%,因此“理论上还可以进一步提高功率密度”(大发工业尖端技术开发部行政技术专家田中裕久)。燃料使用将肼液化形成的5%质量浓度的水合肼(N2H4 H2O),将水合肼提供给燃料极、氧气提供给空气极。燃料极的催化剂使用镍,空气极的催化剂使用钴。

      利用固化确保安全性

  为确保使用肼时的安全性,大发工业此次公布了关于固化水合肼的利用技术。水合肼的质量浓度超过30%时为剧毒化学物质,质量浓度为80%以上时被定为危险物第4类的第3石油类。该公司为提高安全性提出了新型供给结构: 通常将肼固体化,再依据燃料电池所需的燃料量将相应的固体肼转变为液态并提供给电池。

  具体为,使配备了羰基(C=O)的高分子吸附肼,形成腙并积聚;当作为燃料使用时,通过加水分解使水合肼再度液化。在汽车上使用时,将配备了羰基的高分子作为燃料箱,当燃料站提供水合肼时,在燃料箱内形成腙并固化储藏。在实际中驱动车辆行驶时,预想使燃料箱内的腙与温水反应形成水合肼并向燃料电池供应。

  目前,肼使用氨(NH3)作为原料进行工业化生产。“这种生产方式生产量少,所以作为汽车燃料大量生产时,采用氮气和氢气直接合成的方式可以降低生产成本”(田中)。燃料电池车以其不使用石油及抑制CO2排量的环境性能备受瞩目,但使用肼燃料时的环境性能也依赖于如何制造氢气。因此,大发认为在削减CO2排量方面,与过去使用氢气燃料的燃料电池没有很大区别。

  此外,由于此次燃料电池系统的研究尚在基础阶段,所以为加速开发,大发决定采取广泛寻求合作伙伴的方针。

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