2022-02-03 ｱﾒﾘｶ合衆国・デラウェア大学 (UD)
・ UD が、水酸化物交換膜燃料電池(HEMFC)の電気化学システムを利用して、大気中の CO2 を大量に分離・除去する技術を開発。
・ HEMFC は、現行の酸ベース FC の経済的で環境に優しい代替として期待されているが、FC の性能と効率を 20%低減させる CO2 への高反応性が課題。 同大学では過去 15 年間にわたりこの課題に取り組んできたが、適切な設計と構造によってこの不利な点を空気中の CO2 の捕獲に活用できることを認識。
・ FC の分離膜を短絡させることで、CO2 を分離する電気化学システムの動力源とし、複雑なシステムのような働きで空気中から継続的に CO2 を取り込む、ガス分離フィルター膜のような電気化学デバイスを作製した。
・ また、同短絡分離膜の使用により、セルスタックのバイポーラープレート、集電装置や電線等のかさ張る構成部品が不要となり、コストの低減や商用化に向けたスケールアップが容易となる。
・ 小容量・大表面積の小型スパイラル膜モジュールによる実証では、25 ㎠の電気化学セルが空気中の CO2 の約 99%を約 2ℓ/min で継続的に除去。355ml の炭酸飲料缶サイズの初期プロトタイプデバイスでは、CO2 の 98%を 10ℓ/min で除去した。
・ 同デバイスを自動車で利用する場合には、1 ガロン（約 4ℓ）容器ほどのサイズとなる。また、フィルタリングの常時稼働が必要な宇宙探査機や潜水艦用のより軽量で効率的な CO2 除去デバイス作製も可能に。今後の水素経済の展開に伴い、省エネ策としての空気循環が望まれる航空機やビル等でも利用が可能となる。
・ 同大学のスピンオフである Versogen が、持続可能なグリーン水素の実現に向けて研究を進める。本研究には、米国エネルギー省(DOE) エネルギー高等研究計画局(ARPA-E)が資金を提供した。
URL: https://www.udel.edu/udaily/2022/february/yushan-yan-capturing-carbon-dioxide-from-air-fuel-cells/
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
Nature Energy 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
A shorted membrane electrochemical cell powered by hydrogen to remove CO2 from the air feed of
hydroxide exchange membrane fuel cells
URL: https://www.nature.com/articles/s41560-021-00969-5
Abstract
State-of-the-art automotive fuel cells that operate at about 80 °C require large radiators and air intakes to avoid overheating. High-temperature fuel cells that operate above 100 °C under anhydrous conditions provide an ideal solution for heat rejection in heavy-duty vehicle applications. Here we report protonated phosphonic acid electrodes that remarkably improve the performance of high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells. The protonated phosphonic acids comprise tetrafluorostyrene-phosphonic acid and perfluorosulfonic acid polymers, where a perfluorosulfonic acid proton is transferred to the phosphonic acid to enhance the anhydrous proton conduction of fuel cell electrodes. By using this material in fuel cell electrodes, we obtained a fuel cell exhibiting a rated power density of 780 mW cm–2 at 160 °C, with minimal degradation during 2,500 h of operation and 700 thermal cycles from 40 to 160 °C under load.
