一酸化炭素を還元してメタンを生成しながら発電する新規燃料電池の開発

开发一种新型燃料电池，可在发电的同时减少一氧化碳并产生甲烷

• 批准号: 21K14713
• 负责人: 松田 翔風
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Hirosaki University (2022)Nagaoka University of Technology (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14713/
• 关键词: 一酸化炭素還元; メタン生成; 固体高分子形燃料電池; 白金電極触媒

カーボンリサイクル技術ロードマップの達成へ向けて、一酸化炭素（CO）から燃料を製造する技術の確立は重要な位置づけにある。そこで本研究では、CO自身を燃料として発電する新規燃料電池（H2-CO燃料電池）の開発を目指す。本電池はアノードに水素（H2）ガス、カソードにCOガスを供給するため、COを還元しながら（有用生成物であるメタンを生成しながら）発電できる革新的電池となる。本研究の目的は、そのH2-CO燃料電池を実験的に実証することであり、そのためにはCO還元反応の制御が重要となる。したがって本研究では、H2の標準酸化還元電位（0 V）より貴電位でメタン（CH4）生成反応を進行させること、またその際のCO転化率60%以上を達成目標項目として研究を遂行している。本年度の主な研究成果は次のとおりである。Pt/C電極触媒を有する膜電極接合体を組み込んだ固体高分子形セルによるCO還元において、まずカソードに供給するCO濃度がCO還元に与える影響を詳細に評価した。その結果、CO濃度が2 ppmのときにCH4生成量が最大になり、CH4が選択的に得られることが確認された。ここで、生成物がCH4であることの確証として、質量分析法に代えてガスクロマトグラフィーを採用し生成物を分析したところ、生成物とCH4標準ガスのリテンションタイムが一致しており、生成物がCH4であると証明された。また、CO還元によるCH4生成のカソード電位依存性を評価したところ、0.12 V vs. RHEのときにCH4生成量が最大になることが確認された。以上より、CO還元によるCH4生成に適した条件はCO濃度2 ppm、カソード電位0.12 V vs. RHEであると結論付けた。今後は、CO還元によるCH4生成反応を定量的に議論するとともにCO転化率60%以上達成を目指す。また、H2-CO燃料電池としての発電性能試験を行う。

The technology of carbon dioxide (CO) production has been established in an important position. In this paper, the development of new fuel cell (H2-CO fuel cell) is proposed. This battery is an innovative battery for the generation of useful products such as water (H2), carbon dioxide (CO) and carbon dioxide (CO). The purpose of this study is to demonstrate the effectiveness of H2-CO fuel cells and to control CO emission. The standard acidification potential of H2 (0 V) and the generation potential of CH4 in this study are carried out to achieve the goal of CO conversion rate of more than 60%. This year's main research results are reversed. Pt/C electrode catalyst has a membrane electrode assembly composed of solid polymer, CO reduction, CO concentration, CO reduction, CO reduction. Results: CO concentration is 2 ppm, CH4 production is maximum, CH4 concentration is selected, CH4 concentration is maximum, CH4 concentration is selected, CH4 concentration is maximum. The product is identified by mass spectrometry. The product is identified by mass spectrometry. The potential dependence of CH4 generation on CO reduction was evaluated, and the maximum CH4 generation was confirmed at 0.12 V vs. RHE. The optimum conditions for CO reduction are CO concentration of 2 ppm, potential of 0.12 V vs. RHE. In the future, CO conversion rate of CH4 generation will reach 60% or more. The test of the electrical performance of H2-CO fuel cells was carried out.

项目成果

Pt上でCO2還元中間体COからCH4が生成する反応のメカニズム解析

Pt上CO2还原中间体CO生成CH4反应的机理分析

• 发表时间: 2023
• 作者: Sun Peng;Yang Shuo;Zhang Yanni;Liu Jinhua;Wang Faguo;Zhang Jingjing;Liu Weijie;Xu Junna;Yin Shu;Ning Zhanwu;Cao Wenbin;松田 翔風，田中 美沙，梅田 実
• 通讯作者: 松田 翔風，田中 美沙，梅田 実

Electroreduction of CO2 and CO at Pt-based catalysts in a membrane electrode assembly

膜电极组件中 Pt 基催化剂上 CO2 和 CO 的电还原

• 发表时间: 2022
• 作者: Masaya Miyagawa;Horomitsu Takaba;宮川雅矢，正部家隼人，高羽洋充;松田翔風，田中美沙，梅田実;松田翔風，梅田実
• 通讯作者: 松田翔風，梅田実