直接炭素燃料電池

直接炭素燃料電池（DCFC）は、バイオマス^[1]や石炭^{[2]などの炭素を豊富に含む材料を燃料として使用する}燃料電池です。この電池は炭素と酸素を結合させることでエネルギーを生成し、副産物として二酸化炭素を放出します。^[3]これは、石炭燃料電池（CFC）、炭素空気燃料電池（CAFC）、直接炭素/石炭燃料電池（DCFC）、およびDC-SOFCとも呼ばれます。

セル全体の反応は C + O ₂ → CO ₂です。半セル表記法によるプロセスは次のとおりです。

アノード：C + 2O ²⁻ → CO ₂ + 4e ⁻
カソード：O ₂ + 4e ⁻ → 2O ²⁻

このように二酸化炭素を排出するにもかかわらず、直接炭素燃料電池は従来の炭素燃焼技術よりも環境に優しい。効率が高いため、同じ量のエネルギーを生成するために必要な炭素が少なくて済む。また、純粋な二酸化炭素が排出されるため、炭素回収技術は従来の発電所よりもはるかに安価である。利用される炭素は、石炭、コークス、炭、または非化石炭素源の形態をとることができる。 ^[4]^[5]^[6] 少なくとも4種類のDCFCが存在する。

固体酸化物燃料電池ベースの設計

陽極反応:

直接電気化学的酸化経路:

C + 2O ²⁻ → CO ₂ + 4e ⁻

C + O ²⁻ → CO+ 2e ⁻

間接電気化学的酸化経路: CO + O ²⁻ → CO ₂ + 2e ⁻

ブードワール反応（間接化学反応経路）：C + CO ₂ → 2CO

カソード反応: O₂ + 4e⁻ → 2O²⁻

^[7]^[8]

溶融水酸化物燃料電池

ウィリアム・W・ジャックは1896年にこのタイプの燃料電池で米国特許555,511を取得しました。プロトタイプは研究グループSARA社によって実証されています。^[9]

溶融炭酸塩燃料電池

ウィリアム・W・ジャックは1897年に溶融炭酸塩燃料電池のカナダ特許を取得しました ^{[10]。これは}ローレンス・リバモア研究所でさらに開発されました ^[11]。

溶融スズ陽極

この設計では、溶融スズと酸化スズを、陽極に溶解した炭素の酸化と固体酸化物陰極での酸素の還元との間の中間反応として利用します。^[12]^[13]

参照

燃料電池用語集

外部リンク

CSIRO エネルギー
ERTL、光州科学技術院環境科学工学部 2014-08-21 にWayback Machineでアーカイブ
CSIRO 先進炭素発電
直接炭素燃料電池は、発電のための超低排出技術です
直接炭素燃料電池は水素経済の代替となるか？
ダイレクトカーボン燃料電池ワークショップ
ダイレクトカーボン燃料電池を詳しく見る: 究極のバイオマス変換技術?
DCFC 論文、直接炭素燃料電池における固体燃料の電気化学的酸化のための強化されたアノードインターフェース: 混合状態における液体 Sn の役割
科学技術評論

参考文献

^ Munnings, C.; Kulkarni, A.; Giddey, S.; Badwal, SPS (2014 年 8 月)。「直接炭素燃料電池におけるバイオマスから電力への変換」。International Journal of Hydrogen Energy。39 ( 23): 12377–12385。doi :10.1016/ j.ijhydene.2014.03.255。
^ レディ、アダム C.;ギディ、サルジット。クルカルニ、アニルッダ。バドワル、スクヴィンダー PS;バタチャリヤ、サンカール（2014 年 10 月）。「脱塩褐炭で作動する直接炭素燃料電池の劣化メカニズム」。エレクトロキミカアクタ。143 : 278–290。土井：10.1016/j.electacta.2014.07.088。
^ Giddey, S; Badwal SPS; Kulkarni A; Munnings C ( 2012). 「直接炭素燃料電池技術の包括的レビュー」。エネルギーと燃焼科学の進歩。38 (3): 360–399。doi :10.1016/ j.pecs.2012.01.003。
^ レディ、アダム C.;ギディ、サルジット。クルカルニ、アニルッダ。バドワル、スクヴィンダー PS;バタチャリヤ、サンカール（2014 年 10 月）。「脱塩褐炭で作動する直接炭素燃料電池の劣化メカニズム」。エレクトロキミカアクタ。143 : 278–290。土井：10.1016/j.electacta.2014.07.088。
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[1] Munnings, C.; Kulkarni, A.; Giddey, S.; Badwal, SPS (2014 年 8 月)。「直接炭素燃料電池におけるバイオマスから電力への変換」。International Journal of Hydrogen Energy。39 ( 23): 12377–12385。doi :10.1016/ j.ijhydene.2014.03.255。

[2] レディ、アダム C.;ギディ、サルジット。クルカルニ、アニルッダ。バドワル、スクヴィンダー PS;バタチャリヤ、サンカール（2014 年 10 月）。「脱塩褐炭で作動する直接炭素燃料電池の劣化メカニズム」。エレクトロキミカアクタ。143 : 278–290。土井：10.1016/j.electacta.2014.07.088。

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[5] Munnings, C.; Kulkarni, A.; Giddey, S.; Badwal, SPS (2014 年 8 月)。「直接炭素燃料電池におけるバイオマスから電力への変換」。International Journal of Hydrogen Energy。39 ( 23): 12377–12385。doi :10.1016/ j.ijhydene.2014.03.255。

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[7] A Kulkarni; FT Ciacchi; S Giddey; C Munnings; SPS Badwal; JA Kimpton; D Fini (2012). 「直接炭素燃料電池用混合イオン電子伝導ペロブスカイトアノード」。国際水素エネルギージャーナル。37 (24): 19092–19102。doi :10.1016/j.ijhydene.2012.09.141 。

[8] 管状固体酸化物燃料電池技術、米国エネルギー省、 2012年1月1日取得

[9] 豊富な無公害発電、2012年4月26日時点のオリジナルよりアーカイブ、 2012年1月1日閲覧

[10] 「CIPO - Patent - 55129」。2008年10月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年9月13日閲覧。

[11] Turning carbon directly into electric、2001年、2012年2月18日にオリジナルからアーカイブ、2012年1月1日に取得

[12] ttps://web.archive.org/web/20090302040721/http://celltechpower.com/technology.htm. 2009年3月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年2月18日閲覧。 {{cite web}}:欠落または空|title=(ヘルプ)

[13] HyungKuk Ju、Sunghyun Uhm、Jin Won Kim、Rak-Hyun Song、Hokyung Choi、Si-Hyun Lee、Jaeyoung Lee、「直接炭素燃料電池における固体燃料の電気化学的酸化のための強化されたアノードインターフェース：混合状態における液体Snの役割」、Journal of Power Sources 198 (2012) 36. doi:10.1016/j.jpowsour.2011.09.082