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New developments from extreme cooling to innovative hydrogen production based on the analogy between boiling and water electrolysis.

Research Project

Project/Area Number 20K20976
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 19:Fluid engineering, thermal engineering, and related fields
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

Mori Shoji  九州大学, 工学研究院, 教授 (10377088)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Keywords毛管力 / 水電解 / 多孔質体 / 限界熱流束 / ハニカム多孔質体 / 沸騰
Outline of Research at the Start

水電解を高効率化させる新しい手法を提案・実証する。水素社会到来のためには、安価で環境に優しい水素生成プロセスが必要である。そのためには、水電解技術のブレークスルー、すなわち低い電圧で効率よく大量の水素を生成できる技術が必須である。本研究では熱と物質の移動のアナロジーに着目する。

Outline of Final Research Achievements

Based on the similarity between boiling and water splitting, this study focused on whether the critical current density (CCD), which is the upper operational limit of water electrolysis, can be improved by means of improving the heat transfer coefficient and critical heat flux (CHF). It has been known that boiling CHF can be improved by using a porous honeycomb plate (HPP) due to two effects: capillary forces and gas-liquid path separation. In this study, a cooling method using HPPs, which successfully improved CHF, was applied to alkaline water electrolysis. As a result, CCD was successfully improved by about 1.3 times (CCD: 6.6 A/cm2) compared with no capillary force (CCD: 5.1 A/cm2) for the first time.

Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで沸騰研究は70年以上の歴史があり、かなりの知識が蓄積されている。そのような背景下において、沸騰と水分解の類似性に基づきCCDを向上できたと言うことは、これまでの沸騰の知識が水電解の高性能化に活用できる可能性を示す大きな第一歩となったことは意義があると考えている。また、本構想は、水電解に限らず化学反応など気体と液体が関わる、特に気体発生が律速となってしまうような状況となる幅広い分野に応用できる可能性があり、学術的価値もあると考えている。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2022 2021 2020

All Presentation (4 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Presentation] 沸騰と水電解のアナロジーに基づく限界電流密度の向上2022

    • Author(s)
      イ セツショウ(九州大), 柿本 拓巳, 梅原 裕太郎, 森 昌司
    • Organizer
      熱工学コンファレンス2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ハニカム多孔質体による水電解の限界電流密度の向上2022

    • Author(s)
      韋 雪淞,柿本 拓也,森 昌司(九州大学)稲垣 博光(中部電力)
    • Organizer
      日本伝熱学会九州支部 第60期[若手発表・講演会・総会]
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ハニカム多孔体を用いた水電解の高電流密度化(High Current Density in Water Electrolysis using Honeycomb Porous material)2022

    • Author(s)
      韋 雪淞,柿本 拓也,森 昌司(九州大学)稲垣 博光(中部電力)
    • Organizer
      日本原子力学会 2022年春の年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ハニカム多孔質体がアルカリ水電解特性曲線に与える影響2021

    • Author(s)
      森 昌司, 柿本  拓巳, 韋 雪淞, 伊藤 衡平
    • Organizer
      第58回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 水の電解装置及びそれを用いた水の電解方法2020

    • Inventor(s)
      森 昌司, ウェイ シュエソン, 伊藤 衡平
    • Industrial Property Rights Holder
      森 昌司, ウェイ シュエソン, 伊藤 衡平
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-08-03   Modified: 2024-01-30  

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