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

应用尿素电化学氧化反应的能量转换系统研究

• 批准号: 22K05305
• 负责人: 藤原 直子
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05305/
• 关键词: エネルギーキャリア; 尿素; 燃料電池; 水素製造

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。

为实现低碳社会，迫切需要利用氢能并开发储存和运输的能源载体。在本研究中，我们关注的是尿素，一种无毒、不易燃、易于储存和运输的化合物，被广泛用作肥料、保湿剂、柴油机尾气净化剂等。由于尿素的安全性及其作为未利用能源的吸引力，我们正在进行研究和开发，旨在为实现以尿素为能源载体的直接燃料电池和高效率的新能源转换系统奠定基础。制氢我来了今年，我们的重点是寻找用于尿素电化学氧化反应的高活性催化剂，这是直接燃料电池和氢气生产中常见的反应。采用柠檬酸法、溶剂热法、沉淀法等多种方法和条件制备了各种晶体结构的过渡金属氧化物，并通过旋转电极测量其在碱性电解液中的催化活性。因此，我们能够找到一种对尿素电化学氧化反应具有优异活性的镍基氧化物催化剂。此外，为了将上述氧化物催化剂应用于直接燃料电池和制氢，我们制作了使用阴离子交换膜作为电解质的燃料电池和水电解槽，并开始评估它们的性能。提出了通过使用上述镍基氧化物作为阳极催化剂来制作阴离子交换膜型水电解装置，并从阳极侧供给尿素溶液，进行尿素的电化学氧化反应，从而能够高效地制造氢气。 。