太陽光エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵する新しい燃料電池を、名古屋工業大学の研究グループが開発した。

 太陽光、風力、地熱など、自然エネルギー由来の電気の利用拡大が求められる中、こうした発電は天候に左右されるために不安定で、扱いづらいことが課題となっている。

 一方、電力の安定供給にむけ、自然エネルギーと大型蓄電池を組み合わせたスマートグリッド(電力の流れを供給側・需要側の両方から制御する送電網)の構築が進められているが、既存の蓄電池をベースとした電力網では、電力輸送や蓄電のプロセスで大きなエネルギーロスが生じてしまうという。

 そこで本研究では、植物の光合成のように、太陽光エネルギーを化学エネルギーに直接変換する、新しいタイプの蓄電池を着想した。植物は、太陽光エネルギーを用いてCO2を糖に変換して貯蔵し(光合成)、空気中の酸素を使って糖を分解する際に、化学エネルギーが取り出せる(呼吸)。今回開発した蓄電池では、AQDSという有機分子に太陽光を照射してAQDS-H2に変換し(充電)、空気中の酸素とAQDS-H2が反応することによって生じるエネルギーを、電気エネルギーとして出力する(放電)。放電の際、AQDS-H2からAQDSへの変換反応が起こるため、何度も繰り返して使用できる。

 この電池は、「光充電可能な燃料電池」とみなすことができる。従来の燃料電池は、爆発の危険性がある水素を燃料とする上、発電のみで電気を蓄えられない。しかし、今回の電池は有機分子のAQDS-H2を用いることで安全性の問題を解決し、単一の装置内で充電もできる。反応時に水しか排出せず、環境負荷の少ない点は、一般的な燃料電池と同様だ。

 さらに、充電過程は光照射だけでなく外部電源を用いても可能なため、スマートグリッドとの調和性が高い。この技術で、自然エネルギー利用効率の改善と電力の安定供給が実現できることから、実用化に向けた研究の加速が期待される。

論文情報:【New Journal of Chemistry】Photo-rechargeable fuel cell using photo-hydrogenation reactions of quinone molecules

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