“手のひらサイズ”のマイクロリアクターを開発~600℃まで5分で起動し手で持つことができる世界最小クラスの固体酸化物形燃料電池を実現~

2025-12-26 東京科学大学

東京科学大学(Science Tokyo)未来産業技術研究所を中心とする研究チームは、600℃以上で動作する固体酸化物形燃料電池(SOFC)を「手のひらサイズ」まで小型化し、実際に発電できる高断熱・耐熱マイクロリアクターの開発に成功した。カンチレバー構造による熱応力緩和と、多層断熱構造(MLI)を組み合わせることで、高温動作にも耐えつつ外表面は手で持てる温度を実現。金属支持型SOFCセルを搭載し、常温から約5分以内で600℃まで急速起動・発電できることを実証した。従来は定置用に限られていたSOFCを携帯可能な電源へ展開し、ドローン、ロボット、災害現場や遠隔地で用いられるエッジデバイスへの直接給電を可能にする技術として期待される。本成果はMicrosystems & Nanoengineeringに掲載された。

“手のひらサイズ”のマイクロリアクターを開発~600℃まで5分で起動し手で持つことができる世界最小クラスの固体酸化物形燃料電池を実現~
概要図. 平板形状のセルを搭載し固体酸化物形燃料電池を小型用途へ展開

<関連情報>

広く普及している平面型SOFCを統合し、手持ち式発電を可能にする高断熱・ポータブル型マイクロリアクター A high-thermal-insulation and portable microreactor for integrating widely used planar-type SOFC and enabling handheld power generation

Bishnu Choudhary,Gia Ginella Carandang,Shinichi Yamagishi,Saki Tada,Chie Kawamura,Yasuko Yanagida & Tetsuya Yamada
Microsystem Nanoengineering  Published:25 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41378-025-01072-5

Abstract

The paper introduces a microreactor with high thermal insulation properties, which has been developed for integration with standard planar-type solid oxide fuel cells (SOFCs) in portable power generation applications. While planar SOFCs offer high efficiency and energy density, their use has been largely limited to stationary applications due to challenges in thermal management and slow start-up times. Our microreactor overcomes these barriers by providing an effective thermal insulation system, allowing SOFCs to operate efficiently in a compact, portable format. We designed a cantilevered structure using yttria-stabilized zirconia (YSZ) to minimize thermal conduction and combined it with a multilayer insulation (MLI) system to suppress thermal radiation loss. This flexible cantilevered structure prevents cracking under thermal stress and maintains high temperatures up to 700 °C, ensuring reliable operation. Additionally, the MLI system features an inherent safety mechanism: when the insulation structure is damaged by a drill, the loss of thermal insulation causes a rapid temperature drop, bringing the system below the hydrogen explosion threshold temperature within 5 minutes, thus preventing potential hazards. Our prototype successfully demonstrated handheld power generation using a button-type metal-supported SOFC, achieving a rapid start-up time of just 5 minutes and driving a motor. This breakthrough offers a new platform for miniaturized SOFC technology, bridging the gap between stationary and portable energy solutions.

0402電気応用
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