尿素の電気化学的酸化反応を応用したエネルギー変換システムの研究

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低炭素社会の実現に向け、水素エネルギーの利用と、貯蔵・運搬のためのエネルギーキャリアの開発が急務である。本研究では、毒性も引火性もなく貯蔵や輸送が容易な化合物であり、肥料や保湿剤、ディーゼル排ガス浄化剤などとして広く利用されている尿素に着目した。尿素の安全性と未利用のエネルギー資源としての魅力から、エネルギーキャリアとして尿素を直接形燃料電池や高効率水素製造に応用する新しいエネルギー変換システムを実現するための基盤形成を目的として研究開発に取り組んでいる。当該年度は、直接形燃料電池や水素製造に共通する反応である尿素の電気化学的酸化反応のための高活性触媒の探索を中心に進めた。種々の結晶構造を有する遷移金属酸化物をクエン酸法、ソルボサーマル法、析出沈殿法などの様々な方法や条件で作製し、アルカリ電解液中での回転電極測定を実施してそれらの触媒活性を評価した。その結果、尿素の電気化学的酸化反応に対して優れた活性を有するニッケル系酸化物触媒を見いだすことができた。さらに、上記の酸化物触媒を直接形燃料電池や水素製造に応用するための準備として、アニオン交換膜を電解質とする燃料電池と水電解装置を作製し、性能評価を開始した。上記のニッケル系酸化物をアノード触媒に使用してアニオン交換膜形水電解装置を作製し、アノード側から尿素溶液を供給することにより、尿素の電気化学的酸化反応が進行し、低電圧で高効率に水素製造できる可能性が示唆された。