電気化学的促進効果による窒素・炭素循環利用プロセスの構築と電気化学反応装置の開発

利用电化学促进效应构建氮/碳回收工艺及电化学反应装置开发

• 批准号: 21H04938
• 负责人: 大友 順一郎
• 金额: $ 22.13万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04938/
• 关键词: 電気化学的促進効果; 窒素還元; 二酸化炭素還元; エネルギー化学物質; 電気化学反応装置設計

電気化学的促進効果を利用した電気化学反応装置の開発を目的として、2年目である令和4年度は、プロトン伝導性セラミック燃料電池（PCFC）による電気化学セルの作製を行うとともに、窒素および二酸化炭素の電解合成の実験を行った。今年度はアンモニアの電解合成反応を中心に検討を進めた。通常のPCFCは500℃～600℃で作動するが、400℃近傍で作動させるために電解質の膜厚を薄くした電極支持型PCFCを新たに作製し、作動温度の低温化を試みた。電極支持型PCFCによる電解セルは、イットリウムドープセリア酸バリウムあるいはイットリウムドープジルコン酸バリウムを電解質膜に用いて作製した。支持体である電極部分にはニッケルとイットリウムドープジルコン酸バリウムの混合体である多孔質電極を用いた。カソード側に窒素と水素の混合ガスを流通させて400℃でアンモニア電解合成を行ったところ、カソード分極とともにアンモニア生成速度が上昇し、印加電圧-1 Vにおいて約1×10-8 mol s-1 cm-2 のアンモニア生成速度が観測された。この測定結果は、550℃での電解質支持型セルによる観測結果とほぼ同等であり、電極支持型電解セルにより低温化を実現できた。電流―電圧曲線との比較から、アンモニア生成反応の電気化学的促進効果は、電極界面のプロトン流束の増加よりもむしろカソード分極の影響が大きいと考えられる。さらに、電極支持型電解セルの性能向上を目指し、パルスレーザー堆積法を用いてバリウム系およびランタン系プロトン伝導体を用いた電解質積層形PCFCを作製した。その結果、ホール伝導に起因する電解質内部のリーク電流の抑制がモデル計算と実験結果から示唆された。さらに、水蒸気電解反応を想定したシステム評価の研究も実施した。以上の検討を通じて、電気化学的促進効果を利用した電解セルの設計にむけた指針が得られた。

The promotion of electrochemistry results in the use of electrical chemical reaction devices for the purpose, 2-year and 4-year cycles, and the use of electrical chemistry in the fuel cell (PCFC) for the production of fuel cells, asphyxiant and diacidized carbons. This year, the center for anti-synthesis and anti-synthesis has improved its performance. In general, the PCFC temperature is 500C ~ 600C, the temperature is 500C, the temperature is 400C, the film thickness is thin, the PCFC is actively supported, and the operation temperature is low. The active support type PCFC is used in the electrolysis system, and the device is used in the electrolysis system, and the device is used in the electrolysis film. Part of the support body is used as a cathode material. The temperature is 400 ℃, the temperature, the temperature, the temperature The results of the test results and the results of the 550 ℃ thermal decomposition support cycle test results show that the temperature of the battery is the same as that of the electrically supported one. The current-electricity curve is very important for the promotion of reverse electrochemistry, and the cathode interface plays an important role in the promotion of reverse electrochemistry. The performance of the battery and the electronically supported type of electrolysis is targeted upward, and the active method is used to use the PCFC of the electronic device to make the device. The results of the calculation show that the results show that It is necessary to carry out the research on the anti-reaction system of steam turbine and steam turbine. The above promotion of communication and electrochemistry is based on the use of electronic equipment to design equipment and to obtain satisfactory results.

项目成果

プロトン伝導性無機固体電解質積層膜の輸送特性評価

质子传导无机固体电解质叠层膜的输运性能评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 田島 星也;大友 順一郎
• 通讯作者: 大友 順一郎

プロトン伝導性積層型セラミック燃料電池の高効率セル設計と発電特性評価

质子传导堆叠陶瓷燃料电池高效电池设计及发电特性评估

• 发表时间: 2022
• 作者: 中根 健太;松崎 良雄;大友 順一郎
• 通讯作者: 大友 順一郎

カーボンニュートラルを支える固体イオニクス －燃料電池、エネルギーキャリア、カーボンリサイクル－

支持碳中和的固体离子 - 燃料电池、能源载体、碳回收 -

• 发表时间: 2023
• 作者: Mori;A.;大友 順一郎
• 通讯作者: 大友 順一郎

Energy Transformation and Energy Divergence

能源转型与能源发散

• 发表时间: 2023
• 作者: Omer;R. M.;Masri;M. A.;Musa;L. M.;Nour;I. A.;Tsubo;M.;El-Hag;F. M., Kurosaki;Y.;... & Ahmed;M. K. A.;Otomo Junichiro
• 通讯作者: Otomo Junichiro

プロトン伝導性セラミック燃料電池の材料・セル性能・製造プロセスに基づく技術経済性分析

基于质子传导陶瓷燃料电池材料、电池性能和制造工艺的技术经济分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 大友 順一郎;Ortiz Corrales Julian Andres;山手 駿
• 通讯作者: 山手 駿