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産総研、市販ガスボンベで発電できるハンディ型燃料電池システムを開発

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産総研、市販ガスボンベで発電できるハンディ型燃料電池システムを開発

産業技術総合研究所は、市販LPGカセットボンベを使って災害・非常時でも発電可能な、持ち運びできるハンディ燃料電池システムを開発した。

このシステムは、マイクロチューブ固体酸化物形燃料電池(SOFC)を用いているが、電極の構造をナノレベルで制御することによって、LPG(液化石油ガス)などの汎用的で運搬が容易な炭化水素燃料を直接利用できるようになった。急速起動性に優れ、持ち運びができることから、災害・非常時用やアウトドア用、次世代自動車などの移動体用電源への応用が期待される。

SOFCは燃料電池の中で最も高い発電効率が見込まれており、現在、定置用電源としての実用化が進められている。さらに、次世代自動車などの移動体用電源やポータブル電源への応用も目指しているが、通常のSOFCの作動温度は700~1000℃と高く、また、急速起動性が低いという問題から実用化が困難とされてきた。

しかし、近年、スマートフォンやワンセグテレビなど小型電子機器の普及が進んできたため、商用電源や急速充電器の確保が困難な災害・非常時及びアウトドアでも急速起動が可能な数W~数十Wの電源に対するニーズが高まっている。一方、現状では水素燃料の入手が困難であるため、今回、産総研ではLPGカセットボンベなど炭化水素燃料を燃料とし、急速起動できる燃料電池システムの開発に取り組んだ。

まず、燃料極の基材全体に内部改質の機能を持つナノセリア(ナノメートルサイズのセリア系触媒層)を付加することによって、従来よりも耐久性を向上させたナノ構造制御電極を開発した。今回開発したマイクロチューブSOFCは、この電極を用いることによってブタン燃料の直接供給でも安定的な発電ができる。

また、耐久性の向上により、起動時のみに用いるLPGバーナーの排ガスでの急速起動も可能となり、マイクロチューブSOFCとして、従来の約半分の時間である2分以内で400 ℃に到達し、USB機器を駆動できる。ナノ構造制御電極は十分な内部改質機能を持つため、外部改質器を簡略化できるなど、燃料電池システムのコンパクト化や低コスト化に寄与できる。

今回、開発したナノ構造を制御した燃料極を支持体とした直流5~36V仕様のマイクロチューブSOFC発電モジュールを用いて、LPGカセットボンベを燃料とする「ハンディ燃料電池システム」を試作した。起動後、2分以内に直流5 V駆動のUSB機器を作動できることを確認した。また、起動にはLPGバーナーのみを用いるため、外部電源を必要としない。

なお、この技術の詳細は、平成25年1月30~2月1日に東京ビッグサイト(東京都江東区)で開催される「nano tech 2013第12回 国際ナノテクノロジー総合展・技術会議」の産総研ブースにて展示される。

【参考】
産総研 - ハンディ燃料電池システムを開発

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