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捷太格特（JTEKT）成功開發(fā)甲酸新燃料電池
閱讀：588 發(fā)布時(shí)間：2022-1-7
捷太格特（JTEKT）基于循環(huán)性優(yōu)異的甲酸，開展了新燃料電池的研發(fā)，并以實(shí)用化為目標(biāo)成功開發(fā)了日本國內(nèi)50W級功能實(shí)證機(jī)。
自2018年起，我們一直與精通燃料電池領(lǐng)域的金澤大學(xué) 辻口副教授合作開展直接甲酸燃料電池的研發(fā)項(xiàng)目，并取得了本項(xiàng)研究成果。捷太格特將把這種直接甲酸燃料電池“J-DFAFC (JTEKT-Direct Formic Acid Fuel Cell)”作為碳中和的要素之一，為實(shí)現(xiàn)脫碳社會和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)SDGs做出貢獻(xiàn)。
研發(fā)的背景
捷太格特針對「環(huán)境挑戰(zhàn)2050」，制定了“構(gòu)建低碳社會”、“構(gòu)建循環(huán)型社會”等五項(xiàng)環(huán)境方針。作為該方針的一環(huán)，我們突破了“汽車零部件”、“軸承”、“機(jī)床”等現(xiàn)有業(yè)務(wù)框架，從“制造”、“應(yīng)用”和“回饋”的角度開展新能源的研究以對應(yīng)脫碳社會。
一般來說，“新能源”中包括氫氣，氨和酒精等。但捷太格特此次將目光著眼于環(huán)境循環(huán)性優(yōu)異且能量密度高的甲酸。
因此，我們于2018年便與熟悉燃料電池領(lǐng)域的金澤大學(xué)辻口副教授合作開展直接甲酸燃料電池的研究，同時(shí)通過產(chǎn)學(xué)合作加速研究，取得了今日的成果。
關(guān)于甲酸
甲酸在工業(yè)領(lǐng)域作為制造樹脂和乙酸時(shí)的副產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)和流通，主要用于畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，但因其使用領(lǐng)域有限，還未能作為能源使用。甲酸的分子結(jié)構(gòu)為HCOOH, 其水溶液無燃燒、爆炸的可能性，安全性好、環(huán)境循環(huán)性高，因此與其他發(fā)電用燃料相比，在可用性、環(huán)境性方面占有優(yōu)勢。未來，我們還可以期待以人工光合作用為代表的，二氧化碳與水反應(yīng)合成的甲酸。捷太格特對于這種有良好環(huán)境循環(huán)特性的甲酸能否作為燃料用于發(fā)電，又或是能否將其作為新的能源來使用這一想法為開端進(jìn)行了項(xiàng)目研發(fā)。
發(fā)電原理
直接甲酸燃料電池 (J-DFAFC) 是固體高分子燃料電池（PEFC：Polymer Electrolyte Fuel Cell）的一種，它并非是以氫氣或酒精水溶液作為燃料，而是一種利用甲酸水溶液（HCOOH）和空氣中的氧氣（O2）代替作為燃料發(fā)電的燃料電池。
供給到負(fù)極(Anode) 的甲酸水溶液在催化劑的作用下被分解為二氧化碳 (CO2) ，此時(shí)產(chǎn)生氫離子 (H+) 和電子 (e-) ，產(chǎn)生的電子通過外部電路，氫離子通過電解質(zhì)膜到達(dá)正極 (Cathode) ，與氧氣反應(yīng)生成水(H2O)。通過以上這些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了電力。
特性
本次開發(fā)的功能實(shí)證機(jī)上，運(yùn)用了金澤大學(xué)自主開發(fā)的鈀催化劑 (Pd/C) 技術(shù)，通過捷太格特在現(xiàn)有業(yè)務(wù)中長年積累的材料·表面處理技術(shù)、解析技術(shù)、制造技術(shù)等提高了發(fā)電效率。電池尺寸為9平方厘米，采用多節(jié)電池堆疊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了比甲醇燃料電池更高的290mW/cm2的輸出密度。同時(shí)，它能以低噪音和低振動運(yùn)行，并且可以利用液體型燃料電池的特性長時(shí)間進(jìn)行發(fā)電。
未來的展望
目前，我們正在開發(fā)數(shù)百W級的燃料電池，并計(jì)劃在公司內(nèi)部使用。此外，我們還將推動1kW級燃料電池的開發(fā)和商業(yè)化。未來，我們將著眼于從照明和通信電子設(shè)備開始，到應(yīng)急電源，遠(yuǎn)程供電，住宅或設(shè)施中的小型分布式電源等用途，推動提高輸出密度和穩(wěn)定電力的技術(shù)開發(fā)。
可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)SDGs
7.1 到2030年，確保人人都能獲得負(fù)擔(dān)得起的、可靠的現(xiàn)代能源服務(wù)。
7.2 到2030年，到2030年，大幅增加可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例。
9.1 發(fā)展優(yōu)質(zhì)、可靠、可持續(xù)和有抵御災(zāi)害能力的基礎(chǔ)設(shè)施，包括區(qū)域和跨境基礎(chǔ)設(shè)施，
以支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提升人類福祉，重點(diǎn)是人人可負(fù)擔(dān)得起并公平利用上述基礎(chǔ)設(shè)施。
12.5 到2030年，通過預(yù)防、減排、回收和再利用，大幅減少廢物的產(chǎn)生。
13.1 加強(qiáng)各國抵御和適應(yīng)氣候相關(guān)的災(zāi)害和自然災(zāi)害的能力。
*此產(chǎn)品暫未在中國地區(qū)發(fā)售
自2018年起，我們一直與精通燃料電池領(lǐng)域的金澤大學(xué) 辻口副教授合作開展直接甲酸燃料電池的研發(fā)項(xiàng)目，并取得了本項(xiàng)研究成果。捷太格特將把這種直接甲酸燃料電池“J-DFAFC (JTEKT-Direct Formic Acid Fuel Cell)”作為碳中和的要素之一，為實(shí)現(xiàn)脫碳社會和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)SDGs做出貢獻(xiàn)。
<直接甲酸燃料電池的功能實(shí)證機(jī) (50 W級) >
研發(fā)的背景
捷太格特針對「環(huán)境挑戰(zhàn)2050」，制定了“構(gòu)建低碳社會”、“構(gòu)建循環(huán)型社會”等五項(xiàng)環(huán)境方針。作為該方針的一環(huán)，我們突破了“汽車零部件”、“軸承”、“機(jī)床”等現(xiàn)有業(yè)務(wù)框架，從“制造”、“應(yīng)用”和“回饋”的角度開展新能源的研究以對應(yīng)脫碳社會。
一般來說，“新能源”中包括氫氣，氨和酒精等。但捷太格特此次將目光著眼于環(huán)境循環(huán)性優(yōu)異且能量密度高的甲酸。
因此，我們于2018年便與熟悉燃料電池領(lǐng)域的金澤大學(xué)辻口副教授合作開展直接甲酸燃料電池的研究，同時(shí)通過產(chǎn)學(xué)合作加速研究，取得了今日的成果。
關(guān)于甲酸
甲酸在工業(yè)領(lǐng)域作為制造樹脂和乙酸時(shí)的副產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)和流通，主要用于畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，但因其使用領(lǐng)域有限，還未能作為能源使用。甲酸的分子結(jié)構(gòu)為HCOOH, 其水溶液無燃燒、爆炸的可能性，安全性好、環(huán)境循環(huán)性高，因此與其他發(fā)電用燃料相比，在可用性、環(huán)境性方面占有優(yōu)勢。未來，我們還可以期待以人工光合作用為代表的，二氧化碳與水反應(yīng)合成的甲酸。捷太格特對于這種有良好環(huán)境循環(huán)特性的甲酸能否作為燃料用于發(fā)電，又或是能否將其作為新的能源來使用這一想法為開端進(jìn)行了項(xiàng)目研發(fā)。
發(fā)電原理
直接甲酸燃料電池 (J-DFAFC) 是固體高分子燃料電池（PEFC：Polymer Electrolyte Fuel Cell）的一種，它并非是以氫氣或酒精水溶液作為燃料，而是一種利用甲酸水溶液（HCOOH）和空氣中的氧氣（O2）代替作為燃料發(fā)電的燃料電池。
供給到負(fù)極(Anode) 的甲酸水溶液在催化劑的作用下被分解為二氧化碳 (CO2) ，此時(shí)產(chǎn)生氫離子 (H+) 和電子 (e-) ，產(chǎn)生的電子通過外部電路，氫離子通過電解質(zhì)膜到達(dá)正極 (Cathode) ，與氧氣反應(yīng)生成水(H2O)。通過以上這些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了電力。
<發(fā)電原理>
特性
本次開發(fā)的功能實(shí)證機(jī)上，運(yùn)用了金澤大學(xué)自主開發(fā)的鈀催化劑 (Pd/C) 技術(shù)，通過捷太格特在現(xiàn)有業(yè)務(wù)中長年積累的材料·表面處理技術(shù)、解析技術(shù)、制造技術(shù)等提高了發(fā)電效率。電池尺寸為9平方厘米，采用多節(jié)電池堆疊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了比甲醇燃料電池更高的290mW/cm2的輸出密度。同時(shí)，它能以低噪音和低振動運(yùn)行，并且可以利用液體型燃料電池的特性長時(shí)間進(jìn)行發(fā)電。
<發(fā)電電池外觀>
未來的展望
目前，我們正在開發(fā)數(shù)百W級的燃料電池，并計(jì)劃在公司內(nèi)部使用。此外，我們還將推動1kW級燃料電池的開發(fā)和商業(yè)化。未來，我們將著眼于從照明和通信電子設(shè)備開始，到應(yīng)急電源，遠(yuǎn)程供電，住宅或設(shè)施中的小型分布式電源等用途，推動提高輸出密度和穩(wěn)定電力的技術(shù)開發(fā)。
可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)SDGs
7.1 到2030年，確保人人都能獲得負(fù)擔(dān)得起的、可靠的現(xiàn)代能源服務(wù)。
7.2 到2030年，到2030年，大幅增加可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例。
9.1 發(fā)展優(yōu)質(zhì)、可靠、可持續(xù)和有抵御災(zāi)害能力的基礎(chǔ)設(shè)施，包括區(qū)域和跨境基礎(chǔ)設(shè)施，
以支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提升人類福祉，重點(diǎn)是人人可負(fù)擔(dān)得起并公平利用上述基礎(chǔ)設(shè)施。
12.5 到2030年，通過預(yù)防、減排、回收和再利用，大幅減少廢物的產(chǎn)生。
13.1 加強(qiáng)各國抵御和適應(yīng)氣候相關(guān)的災(zāi)害和自然災(zāi)害的能力。
*此產(chǎn)品暫未在中國地區(qū)發(fā)售