日本已正式啟動(dòng)以氨（NH3）為燃料的新型燃料電池的開(kāi)發(fā)。這是日本文部科學(xué)省與日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）推進(jìn)的尖端低碳化技術(shù)開(kāi)發(fā)（ALCA）特別重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域能源載體項(xiàng)目中的一項(xiàng)內(nèi)容，由京都大學(xué)研究生院工學(xué)研究系教授江口浩一主導(dǎo)。

利用NH3作為燃料的優(yōu)點(diǎn)是，其體積氫濃度為12.1kg/（100L），高于液氫的7.06kg/（100L）。另外，NH3在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的液化溫度為25℃，與液氫的-242℃相比，極其容易處理。雖然也有利用碳化氫（CH）類(lèi)燃料制造氫氣的技術(shù)，但由于這種方法會(huì)產(chǎn)生一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）等，因此在低碳化方面存在課題。

江口教授的研究對(duì)象包括固體高分子型燃料電池（PEFC）和固體氧化物型燃料電池（SOFC）兩種，實(shí)際打算實(shí)現(xiàn)的是SOFC。SOFC的工作溫度高達(dá)700～900℃，因此，可以使NH3與氧氣（O2）直接發(fā)生反應(yīng)來(lái)發(fā)電（圖1）。另外，除了直接反應(yīng)之外，還在考慮間接反映，即使NH3分解為氫氣（H2）和氮?dú)猓∟2），然后利用其中的氫氣。

圖1：以NH3為燃料的SOFC事例

SOFC的工作溫度高達(dá)700～900℃，因此可使NH3與氧氣發(fā)生直接反應(yīng)。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)京都大學(xué)的資料制成）

以NH3為燃料的SOFC方面，正極候選材料是鎳（Ni）基金屬陶瓷，電解質(zhì)膜候選材料是部分穩(wěn)定鋯（Zr）類(lèi)陶瓷，負(fù)極候選材料是添加了鑭鍶類(lèi)材料的錳氧化物（（La，Sr）MnO3）。據(jù)推算，采用上述材料制成的SOFC的發(fā)電效率將超過(guò)現(xiàn)有SOFC的45%。如果要進(jìn)行間接反應(yīng)的話(huà)，還要開(kāi)發(fā)分解NH3時(shí)使用的催化劑材料。目前正在考慮的候選材料有鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳及釕（Ru）等。

PEFC存在固體高分子膜會(huì)因NH3發(fā)生劣化的課題。因此，要用熔鹽催化劑在650℃以下的環(huán)境使NH3分解成氫氣和氮?dú)?，然后?00℃以下的環(huán)境去除NH3，使氫氣中NH3的濃度降至0.1ppm以下。由于必須去除大部分的NH3，因此估計(jì)這一點(diǎn)將成為一大技術(shù)課題。