直接ジメチルエーテル燃料電池（ちょくせつジメチルエーテルねんりょうでんち、Direct-dimethyl ether fuel cell、DEFC）は、ジメチルエーテルを燃料とする燃料電池。
概要 ジメチルエーテルを水蒸気改質せずに直接使用する燃料電池で固体酸化物形燃料電池や固体高分子形燃料電池がある。 特徴は改質器でジメチルエーテルから水素を作らずに、燃料極で直接反応させることである原口忠男, et al. "Pt-Ru 触媒を用いたジメチルエーテル燃料電池の性能." 電気学会論文誌 B (電力・エネルギー部門誌) 124.2 (2004): 307-312.。
例として、プロトン交換膜を用いた直接ジメチルエーテル燃料電池の電池反応を示す。 燃料極(陽極)： {CH3OCH3} + 3H2O -> {2CO2} + {12H+} + {12{\it{e}}^-} 空気極(陰極)： 3O2 + 12H+ + 12e- -> 6H2O 全反応： {CH3OCH3} + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O
アニオン交換膜を用いた直接ジメチルエーテル燃料電池の電池反応を示す。 燃料極(陽極)： {CH3OCH3} + {12{\it{OH}}^-} -> {2CO2} + {9H2O} + {12{\it{e}}^-} 空気極(陰極)： 3{O2} + 6{H2O} + {12{\it{e}}^-} -> {12{\it{OH}}^-} 全反応： {CH3OCH3} + 3{O2} -> 2{CO2} + 3{H2O}
このように直接ジメチルエーテル燃料電池においては、ジメチルエーテルが燃料極で直接酸化される。 反応生成物として、燃料極では二酸化炭素、空気極では水が生成する。
長所 従来の水素を燃料とする燃料電池と比較して高圧タンクや水素吸蔵合金が不要但し、低圧のタンクは必要 燃料のジメチルエーテルはメタノールと比較して毒性が低い
短所 燃料がメタノールよりも高価 燃料極に供給されたジメチルエーテルは電解質膜を透過して空気極に達するため、空気極は酸素の還元とジメチルエーテルの酸化の両方を反映した混成電位となって、電池の開回路電圧が低下する(クロスオーバー現象)。 ジメチルエーテルの酸化反応は水素の酸化反応より遅いため、発電時には活性化分極が大きくなり電圧は低下する。 ジメチルエーテル酸化反応の中間生成物である一酸化炭素が触媒毒となり(一酸化炭素被毒)、電極で用いている白金の触媒活性が低下する。
脚注
参考文献 陳之立, et al. "直接型 DME 燃料電池の排ガス中燃料の回収と利用 (マイクロ・小型分散・発電プラントにおける燃料電池最新技術, マイクロ・小型分散・発電プラントにおける燃料電池最新技術)." 年次大会講演論文集 2004.3. 一般社団法人 日本機械学会, 2004. 堤泰行, 中野康宏, and 原口忠男. "ジメチルエーテル燃料電池における燃料クロスリーク." 電気学会論文誌 B (電力・エネルギー部門誌) 124.4 (2004): 661-667. 村岡将史, et al. "直接形ジメチルエーテル燃料電池の電極反応." 水素エネルギーシステム 29.1 (2004): 51-56. Mench, M. M., H. M. Chance, and C. Y. Wang. "Direct dimethyl ether polymer electrolyte fuel cells for portable applications." Journal of the electrochemical Society 151.1 (2004): A144-A150. Kerangueven, G., et al. "Methoxy methane (dimethyl ether) as an alternative fuel for direct fuel cells." Journal of power sources 157.1 (2006): 318-324. Li, Qing, et al. "Direct dimethyl ether fuel cell with much improved performance." Electrocatalysis 5.3 (2014): 310-317. Takeishi, Kaoru. "Dimethyl ether (DME): a clean fuel/energy for the 21st century and the low carbon society." Int. J. Energy Environ 10 (2016): 238-242.
関連項目 固体高分子形燃料電池 ジメチルエーテル 触媒毒 白金