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

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。

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。