高濃度燃料で長時間駆動可能なマイクロ燃料電池を開発

マイクロ燃料電池の小型軽量化には、燃料ポンプや送気ファンなどを用いないパッシブ型システムが適しています。パッシブ型システムにおいては、燃料を希釈・循環することなく燃料電池に導入するため、長時間の駆動を可能とするには高いメタノール濃度の燃料に対応する必要があります。

マイクロ燃料電池を構成する固体電解質材料には、従来、主にフッ素樹脂系の材料が用いられてきました。しかし、フッ素樹脂系の固体電解質材料は、燃料のメタノール分子が電解質材料を透過してしまうメタノールクロスオーバーという現象が顕著で、高濃度の燃料を使用した場合、発電中に燃料が失われて発電容量が下がったり、メタノールと空気の副反応により発電される電力が著しく低下したりするという問題がありました。

今回開発したのは、燃料電池のMEA(注3)において、メタノールクロスオーバーを低減する材料技術です。メタノール透過速度が低い芳香族炭化水素系の固体電解質材料の表面に、高活性な白金系ナノ粒子触媒を高密度に固定化したメタノールブロック性の電極触媒層を形成することで、フッ素樹脂系材料を用いた従来のMEAに比べ、トータルのメタノールクロスオーバーを10分の1に低減しました。

今回開発した材料技術により、従来は使用不可能であったメタノール濃度30％の高濃度燃料を直接使えるようになり、パッシブ型燃料電池の高容量化が可能となりました。

開発したMEAを用いた燃料電池には、希釈することなく30%のメタノール水溶液を注入して発電することができます。また、厚さ15ミリメートルと極めて薄型の燃料電池システムで、15ワットクラスの高い出力を実現しました。

今回開発した材料技術により、30%濃度のメタノール燃料を300ミリリットル用いた場合、ノートPCであれば8〜10時間、駆動することが可能となります。

今後、さらなる高性能材料の開発と製造技術の改良によって、より小型で長時間駆動可能なマイクロ燃料電池の開発を進めてまいります。