山梨大学と早稲田大学の研究グループは、水素の吸脱着が可能なプラスチックシートを内蔵することで、繰り返し充放電が可能な全高分子形燃料電池の開発に世界で初めて成功した。

 既に自動車駆動用電源、家庭用電源などに実用化されている「固体高分子形燃料電池(PEFC)」は、プロトン導電性高分子膜を電解質として用いる燃料電池で、他の燃料電池と比較して運転温度が低い、全固体ゆえに保守が容易、コンパクトで軽量などの特徴を持ち、今後さらなる普及が期待されている。しかし、現在のPEFCにおける水素貯蔵供給システムには、自動車用途では高圧水素タンク、家庭用では都市ガスの水蒸気改質反応装置が用いられており、携帯性、安全性、エネルギーコストに課題が残っていた。

 本研究者らは、水素を可逆的に吸脱着可能なプラスチックシートを2016年に開発。今回、これをPEFCの水素貯蔵供給媒体としてセルの内側に組み込むことで、繰り返して充放電が可能な「全高分子形リチャージャブル燃料電池」の原理実証に世界で初めて成功した。

 開発されたリチャージャブル燃料電池は、一定電流密度(1mA/cm2)において最長で8分程度発電でき、50サイクル繰り返して充放電が可能なことが確認されたという。水素タンクや改質反応装置が不要で安全、かつ軽量で可搬性に優れているため、携帯電話や小型電子デバイスなどモバイル機器用の電源として応用できる可能性がある。

 本成果はまだ発展途上であり、発電時間や電圧ロスの課題があるとしており、今後は各構成材料の高性能化・最適化や耐久性などの改善に取り組む。本手法を突き詰めることで、誰もがどこにでも安全に持ち運びでき、何度でも繰り返し使用できる次世代の創蓄電デバイスの実現が期待される。

論文情報:【Communications Chemistry】Rechargeable proton exchange membrane fuel cell containing an intrinsic hydrogen storage polymer

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大学ジャーナルオンライン編集部

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