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» 2017年10月16日 09時00分 公開

蓄電・発電機器:燃料電池を高性能化に導く、“水”を捉える新技術

東京工業大学は、作動中の燃料電池内にたまる反応生成液水の挙動を高精度に可視化する技術の開発に成功。燃料電池の高性能化に向けた技術開発に大きく貢献する世界初の技術だという。

[長町基,スマートジャパン]

 東京工業大学(東工大)は、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の事業において、作動中の燃料電池内の反応生成液水の挙動をリアルタイム・高解像度で可視化できる技術の開発に成功した。これにより、反応が激しく変化する自動車用燃料電池の生成液水挙動の把握が可能となり、高性能化・高耐久化を目指す燃料電池の特性改善や、設計指針に資する技術開発の加速が期待されるとしている。

 水素社会の実現に向け、2014年に経済産業省が策定した「水素・燃料電池戦略ロードマップ」では、燃料電池自動車の普及拡大のために燃料電池システムのコストを大幅に低減し、「2030年までに80万台程度の普及を目指す」という目標が掲げられた。これに向けてNEDOは、2025年以降の本格普及期に求められるFCV用燃料電池の要求値(スタック出力密度4kW/L以上、耐久性:5万時間以上など)を設定し、燃料電池の高度な解析・評価技術や、新規材料の設計指針に資する技術の開発を目的とした事業を2015年度より実施している。

 燃料電池は、水素と空気中の酸素(供給ガス)を触媒上で反応させて、水を生成する際に発生するエネルギーを電力に変換する。この生成された液体水は燃料電池内にたまることによって、供給ガスの輸送を阻害する場合があることが知られている。燃料電池の性能向上のためには生成された水の挙動を正確に把握することが重要な課題の1つとされているが、従来は発電性能から間接的に判断されてきた。

 今回、NEDO事業で技術研究組合FC-Cubic(燃料電池関連企業と大学、および産業技術総合研究所が参画)と東工大は、燃料電池内の生成液水の挙動をµm(マイクロメートル)オーダーの高解像度でリアルタイムに可視化できる技術を開発した。これは世界初の成果という。

可視化された反応生成液水の時間変化(発電中の燃料電池内) 出典:NEDO

 これまで、作動中の燃料電池内の反応生成液水を、高解像度で長時間にわたって可視化できる装置はなかった。今回、従来は光源から放射光状に放出されていたX線を、平行に放出するようにした技術である軟X線ビームの平行化技術とCMOS検出器を組み合わせ、さらに観測用の燃料電池セルにも工夫を加えることによって、実験室に設置可能な大きさの装置を実現。高解像の可視化像を得ることに成功した。

開発した装置のシステム概要 出典:NEDO

 これにより、反応挙動が激しく変化する作動中の燃料電池内部(各層や各界面)の反応生成液水の挙動を把握することが可能となり、今後、燃料電池の設計に大きく貢献できるという。

 この成果を基に、東工大は企業などとの共同研究に着手し、自動車業界が求める、燃料電池のさらなる高性能化、高耐久化、低コスト化を目指す。

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