摘 要：氨是未来氢能社会中重要的氢载体，本文中，研究小组致力于使用氨燃料的固体电解质型燃料电池(SOFC)的开发，研究了对氨燃料表现出高活性的阳极催化剂，发现Ni-Cr催化剂具有最高的氨氧化特性和出色的稳定性。另外，为了实现更低温度下的运行，电解质、阴极、阳极全部使用质子传导性陶瓷，制作出全质子传导性SOFC单电池，并使用氢燃料进行发电试验。结果显示，即使在500℃左右的低温下也能获得高发电性能（最大功率为171mW/cm2）。
关键字：氢能，氨，固体氧化物燃料电池，阳极金属陶瓷，镍合金，高温质子导体
1、研究背景
为了构建以风能和太阳能等可再生能源为基础的低碳社会，氢能的利用备受期待。从风能、太阳能等自然能源获得的电能输出变动较大，与存储在巨大的蓄电池中相比，转换成氢气这一能源载体更为现实。另外，日本正在考虑在拥有水电等剩余电力的海外制氢，然后输送回日本作为能源进行使用。
如上所述，氢作为能源载体备受期待，但是它在常温下是气态，存在着储存和运输困难的问题。虽然也可以转化为液氢进行储存和运输，但是氢液化会产生巨大的能量消耗，同时气化过程中的氢逸散也是一个问题。因此，有人提出了利用含有氢的各种化合物作为氢能运输和储存介质的方法。目前，甲烷、氨、甲基环己烷（MCH）在日本被认为是有希望的候选品，正在进行相关开发。
在所有候选中，研究小组认为氨是将来最有希望的氢能载体。为了在将来构建氢能社会，研究小组认为将氨燃料与高效的固体氧化物燃料电池(SOFC)组合是有效利用能源的最佳方法，因此进行了以氨为燃料的SOFC的开发。SOFC最早设想以天然气（甲烷）为燃料，用于阳极(燃料极)的Ni催化剂在以氨为燃料时活性不足，而且随着运行温度的降低活性也会降低。
研究小组致力于燃料极催化剂的研究，开发出镍-铁(Ni-Fe)、镍-钼(Ni-Mo)、镍-钨(Ni-W)、镍-钽(Ni-Ta)合金等高活性催化剂，并证实了这些阳极催化剂在中低温领域(700℃~900℃)对氨燃料具有非常高的活性。
2、研究目的
此前的研究中设想的是以氨为燃料的大规模发电系统，但是通过开发高活性催化剂使小型化、简单化成为可能，从而在工厂、办公场所、家庭用小型热电联产、甚至汽车等移动物体的应用也进入研究视野。为了普及这些用途，需要降低成本和缩短启动时间，其中的关键是实现在更低温度下的运行。
在本研究中，以开发在500~600℃下也具有足够高活性的催化剂为目标，进行了以Ni为基础的新型合金燃料极催化剂的探索。另外，实际制作了发电试验单电池，进行了氨燃料SOFC的发电特性评价以及耐久性评价。此外，利用在低温下也具有高离子电导率的质子传导性陶瓷作为电解质，开发出了在500~ 600℃下也具有足够高发电性能的SOFC。通过以上研究，开发出了氨直接利用型SOFC低温运行的关键技术。
3、研究方法
（1）高性能燃料极材料的探索和使用这些材料的SOFC发电性能评价
除了目前为止发现的Ni-Fe、Ni-Mo、Ni-W、Ni-Ta合金以外，研究小组进一步拓展了研究范围，对多种氨吸附能高（容易形成氮化物）的3d、4d、5d过渡金属以及氮脱离能高的Ni合金催化剂进行了探索和SOFC发电评价。使用的单电池为电解质支撑型，采用低温下氧化物离子传导性高的镓酸镧系电解质（La0.90Sr0.10Ga0.80Mg0.20O2.85, LSGM）以及低温下氧气还原活性高的钐锶钴系阴极（Sm0.5Sr0.5CoO3, SSC）。
对于发电特性评价，采用电流-电位曲线、阳极极化曲线、