Development of the electric cell with hydrogen permeable metal membrane for rapid hydrogenation through the electrolysis of water
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20K05206
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
佐藤 剛史 宇都宮大学, 工学部, 教授 (60375524)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 直次 宇都宮大学, 工学部, 教授 (90356478)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 水電解 / 水素透過膜 / パラジウム膜 / 水素化 / 水素分離膜 |
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| Outline of Research at the Start |
水電解由来の水素原子を利用する水素化反応プロセスは、水素エネルギー社会における水素キャリア合成技術として重要である。本研究では、水素透過能を有するパラジウム膜電極と水素化触媒を用いて、水電解・パラジウム膜での水素分離・触媒水素化反応を同時に行うプロセスの高効率化を行う。従来のセルを改良した新規セルによる水素化を行い、膜の水素透過速度と水素化反応速度の温度依存性、電解側圧力上昇時の気泡減少による水電解水素発生速度増大等を明らかとすることで、水素化反応の効率化に関わる因子を把握する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、水の電気分解により水素を製造し、その水素にて水素化化合物を合成する一連の反応を行うべく、水素透過能を有するパラジウム－銀膜を電極とした水電解、膜を用いた水素精製を経た分離、膜の透過側に水素化反応場を構築することによる水素化反応による有機ハイドライド合成を行う装置の開発を目的としている。
今年度はパラジウム75%－銀25%からなる厚さ0.1mmの市販金属板をカソードとし、アノードを白金網とした膜部分が2×2cmからなる電解セルを用いた水電解を行った。一連の検討の中で、水電解挙動のさらなる安定化のためには、カソード膜と導線との接続部分の構造の再検討が重要であることが明らかとなった。そこで、昨年度に引き続きさらなる通電部の改良を試みた結果、カソード膜と導線の接触部について、異径ばねを複数個組み合わせた構造とすることで膜と導線の接触が安定化することがわかった。さらに、これまでの経験を元に装置組み立て手順を最適化し、電解時に生成するガスのサンプリング方法をGCセプタムを活用する方法とするなど、実験手法を細部に渡って見直すことも行った。これらの検討を通じて確度の高いデータ取得を目指した。
その結果、電圧3.0 V, 100 ℃, 電解側圧力0.6 MPaにて水電解を行った結果、電流は約200 mAの高い値にてほぼ一定とすることができた。水素透過率は時間経過により徐々に上昇して3時間以後は90％以上の値にて安定であった。以上より、本装置にて安定した水電解が可能となったものと判断した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現状よりもさらに安定した電解挙動を得るために、基本的な装置内部構造の見直しを行ったため研究が想定よりも遅くなっている。今後は、水電解において基本的なデータの蓄積を行い、その上で電解水素化の検討を始めたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、水電解水素製造時における温度・圧力・溶液濃度と電流値・水素精製量・水素透過率の関係を評価する。次に、電極セルの透過側の空間に水素化触媒を導入し、トルエンを供給して水電解水素化を行う予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(12 results)
