直接水素化ホウ素燃料電池（DBFC）は、アルカリ燃料電池の一種で、燃料として水素化ホウ素ナトリウムまたは水素化ホウ素カリウム、酸化剤として空気/酸素[1]または過酸化水素[2] を直接供給します。DBFCは比較的新しいタイプの燃料電池で、現在開発段階にあり、他のタイプの燃料電池と比較して高い動作ポテンシャルを持つことから注目を集めています。最近では、ピーク出力において固体高分子型燃料電池（PEMFC）に匹敵しながら、動作電圧はPEMFCの2倍であるDBFCが報告されています。[3]
化学
水素化ホウ素ナトリウムは、従来型の水素燃料電池システムにおいて水素を貯蔵する手段として使用されてきました[4] 。水素化ホウ素ナトリウムと水との触媒分解によって水素を燃料電池用に再生することができ、合成尿による水和反応も成功しています。
- NaBH 4 + 2H 2 O → NaBO 2 + 4H 2
直接水素化ホウ素燃料電池は水素化ホウ素を直接分解・酸化することで水素生成を回避し、さらにわずかに高いエネルギー収量を生み出す。[5]
- カソード: 2O 2 + 4H 2 O + 8e − → 8OH − (E 0 = +0.4 V )
- アノード: NaBH 4 + 8OH − → NaBO 2 + 6H 2 O + 8e − (E 0 = -1.24 V)
- 合計E 0 = +1.64V
簡略化した反応は次のようになります。
- NaBH 4 + 2O 2 → NaBO 2 + 2H 2 O + 電気
直接水素化ホウ素ナトリウム燃料電池の動作温度は 70 °C (158 °F) です。
利点
DBFCは高価な白金触媒を必要としないため、従来の燃料電池よりも安価に製造できます。さらに、高い電力密度も備えています。DBFCの高い動作電圧により、所望の定格電圧を達成するためにスタックに必要なセル数（直列回路）が削減され、スタックコストが大幅に削減されます。[3]
デメリット
残念ながら、DBFCは燃料電池によって加熱された水とNaBH 4の副反応により水素を生成します。この水素は排気管に排出するか、従来の水素燃料電池に送ることができます。どちらの燃料電池も水を生成しますが、この水を再利用することでNaBH 4の濃度を高めることができます。
さらに重要なのは、DBFCによる発電プロセスは容易に可逆的ではないことです。例えば、水素化ホウ素ナトリウム（NaBH 4）が水素を放出し酸化されると、生成物はNaBO 2（メタホウ酸ナトリウム）になります。メタホウ酸ナトリウムは、いくつかの異なる技術によって水素化され、水素化ホウ素ナトリウム燃料に戻る可能性があります。その中には、理論的には水と電気、または熱のみを必要とするものもあります。しかし、これらの技術はまだ活発に開発されています。2010年6月30日現在、メタホウ酸ナトリウムから水素化ホウ素ナトリウムへの変換を効果的に達成すると主張する多くの特許が調査されていますが、いずれも確認されていません。「水素化ホウ素リサイクル」の現在の効率は1%を大きく下回っているようで、車両の充電には適していません。[6]
料金
この燃料の大量生産時の予想価格は1kgあたり5ドルと低く、炭化水素燃料のコストに匹敵する。[7]
参照
参考文献
- ^ Amendola, Steven C.; Onnerud, Per; Kelly, Michael T.; Petillo, Phillip J.; Sharp-Goldman, Stefanie L.; Binder, Michael (1999年11月). 「新型高出力密度ボロハイドライド空気電池」 . Journal of Power Sources . 84 (1): 130– 133. Bibcode :1999JPS....84..130A. doi :10.1016/S0378-7753(99)00259-1.
- ^ Choudhury, NA; Raman, RK; Sampath, S.; Shukla, AK (2005年4月). 「過酸化水素を酸化剤として用いるアルカリ直接水素化ホウ素燃料電池」 . Journal of Power Sources . 143 ( 1–2 ): 1– 8. Bibcode :2005JPS...143....1C. doi :10.1016/j.jpowsour.2004.08.059.
- ^ ab Wang, Zhongyang; Parrondo, Javier; He, Cheng; Sankarasubramanian, Shrihari; Ramani, Vijay (2019年4月). 「直接水素化ホウ素燃料電池における効率的なpH勾配対応マイクロスケールバイポーラインターフェース」Nature Energy 4 ( 4): 281– 289. Bibcode :2019NatEn...4..281W. doi :10.1038/s41560-019-0330-5. ISSN 2058-7546. S2CID 139154235.
- ^ 携帯型軍事用途向け先進化学水素化物ベース燃料電池システム、Protonex Technology Corporation (2006)
- ^ Ma、Choudhury、Sahai - 直接ボロハイドレート燃料電池の包括的レビュー
- ^ 最終報告書：電気化学的水素貯蔵システム、マクドナルド 2010
- ^ スザンヌ・W・リネハン、アーサー・A・チン、ネイサン・T・アレン、ロバート・バタリック、ネイサン・T・ケンドール、I・レオ・クラウィター、フランシス・J・リピエツキ、ディーン・M・ミラー、デイビッド・C・モルツァーン、サミュエル・J・ノヴェンバー、プージャ・ジェイン、サラ・ナドー、スコット・マンクロニ (2010). 「低コストの新規水素貯蔵材料の前駆体」。米国エネルギー省化学水素貯蔵センター. doi :10.2172/1022594. OSTI 1022594.
外部リンク
