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独立行政法人 産業技術総合研究所
ユビキタスエネルギー研究部門

独立行政法人産業技術総合研究所 ユビキタスエネルギー研究部門からの提案
「アスコルビン酸燃料電池」の技術開発に関する意見交換や共同研究の提案


近年,携帯用端末や医療用電子機器の高性能化が進み,各用途に応じた安全で利便性の高いポータブル,ウェアラブル,インプラント電源の開発が求められている。今回,アスコルビン酸(ビタミンC)を燃料に使用して常温常圧で発電する安全な燃料電池の開発に成功した。まずは,この研究テーマの応用分野や課題について意見交換,共同開発を提案する。

●技術ニーズ
 情報端末機器や携帯電子機器の高性能化に伴い,それらの駆動源となる電源として,電池交換や充電の必要なく使用し続けられるポータブル,ウェアラブル,インプラント電源の開発が急務となっている。本格的なユビキタス情報化社会の到来に向け,その需要はますます高まると考えられる。現在使用されているリチウムイオン電池をはじめとする二次電池の代替として,固体高分子形燃料電池の応用に興味が持たれている。特に,メタノールを燃料とするダイレクトメタノール燃料電池(以下DMFCという)の実用化研究が活発に進められている。しかし,メタノールの有害性と可燃性,およびDMFCの作動中に副次的に発生するホルムアルデヒドなどが問題視される恐れがあり,実用化できる分野は限定されてしまう。

●研究テーマ/技術成果
 いつでも,どこでも,だれでも利用できる安全で便利な小型燃料電池の研究を進める中で,アスコルビン酸(ビタミンC)水溶液を燃料として使用する固体高分子形燃料電池を開発した。プロトン伝導性の高分子膜を電解質とし,この両面に燃料極(カーボン)と空気極(白金)を接合した全固体型の構造となっている。燃料極にアスコルビン酸水溶液,空気極に酸素または空気を供給すると,燃料極側でアスコルビン酸が直接酸化されてデヒドロアスコルビン酸,プロトン,電子を生じる。プロトンが膜中を移動し空気極側で酸素と反応して水になり,この時に外部回路を電子が流れて電流が取り出せる。

●特 徴
1. アスコルビン酸水溶液を電極上で直接酸化して常温常圧で発電することのできる固体高分子形燃料電池である。
2. 燃料を供給すれば直ちに発電するので,二次電池のように充電の必要がない。
3. アスコルビン酸はビタミンCとして知られている安全で身近な化合物であり,入手が容易である上,粉末で持ち運びにも便利である。
4. 燃料電池の作動中に有害物質を発生しない。
5. 燃料極にカーボン材料が使用でき,通常の固体高分子形燃料電池のように燃料極に白金系触媒が不要である。
6. アスコルビン酸の電解質膜中への透過(クロスオーバー)が小さく,燃料利用率や発電性能の低下を引き起こす恐れが少ない。


●実用化に向けた課題
1. アスコルビン酸燃料電池の特徴を生かした応用分野の探索。
2. アスコルビン酸の酸化反応を二電子以上進めることのできる触媒の開発によるエネルギー密度の向上。
3. 燃料電池構成材料と燃料電池作製技術の改良による性能の向上。(現時点での出力はDMFCの約半分である。)
4. 実用化のために必要なスタック化・システム化技術の開発。


●今回の提案内容
 現在,アスコルビン酸以外にも,バイオ燃料として有望視されるエタノールや,農産物から得られ生体内にも存在するグルコースなどに注目し,これらの安全な燃料を使用する燃料電池の研究開発を進めている。このような高安全性燃料電池の実用化に向け,企業・研究機関と意見交換を行い,共同開発パートナーを募集する。具体的には,応用分野の探索や燃料電池のスタック化およびマイクロ化技術の導入によるプロトタイプの試作を進める。

●論文/特許実績
燃料電池, 2, 46-47 (2003).
Electrochem. Solid-State Lett., 6, A257-A259 (2003).
Electrochem. Commun. 8, 720-724 (2006).
J. Power Sources (in press).
特許出願:1本,出願準備中:1本

●備 考
 本成果は,新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO技術開発機構)平成16年度産業技術研究助成事業による研究成果です。

【本件に関する問い合わせ先】
独立行政法人産業技術総合研究所 ユビキタスエネルギー研究部門
次世代燃料電池研究グループ
   研究員:藤原直子
TEL:072-751-9653 e-mail:n-fujiwara@aist.go.jp
URL:http://unit.aist.go.jp/ubiqen/advfc/index.html

  【ニュースリリースはこちら】
     ・ビタミンCを燃料に用いた安全な燃料電池を開発 [2006年12月08日]
  【関連記事はこちら】
     ・ビタミンCを燃料にした安全・安心な燃料電池 [2006年12月25日]


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記事要点掲載先:Tech-On!

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