機床商務(wù)網(wǎng)技術(shù)文章
捷太格特（JTEKT）成功開發(fā)甲酸新燃料電池
閱讀：629 發(fā)布時間：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)，并以實用化為目標(biāo)成功開發(fā)了日本國內(nèi)50W級功能實證機。
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)項目，并取得了本項研究成果。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，為實現(xiàn)脫碳社會和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)SDGs做出貢獻。
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的副產(chǎn)品進行生產(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行了項目研發(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)的功能實證機上，運用了金澤大學(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)，實現(xiàn)了比甲醇燃料電池更高的290mW/cm2的輸出密度。同時，它能以低噪音和低振動運行，并且可以利用液體型燃料電池的特性長時間進行發(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)濟發(fā)展和提升人類福祉，重點是人人可負擔(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)項目，并取得了本項研究成果。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，為實現(xiàn)脫碳社會和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)SDGs做出貢獻。
<直接甲酸燃料電池的功能實證機 (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的副產(chǎn)品進行生產(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行了項目研發(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)的功能實證機上，運用了金澤大學(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)，實現(xiàn)了比甲醇燃料電池更高的290mW/cm2的輸出密度。同時，它能以低噪音和低振動運行，并且可以利用液體型燃料電池的特性長時間進行發(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)濟發(fā)展和提升人類福祉，重點是人人可負擔(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