| Project/Area Number |
22K18999
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 31:Nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
森 昌司 九州大学, 工学研究院, 教授 (10377088)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 水電解 / ハニカム多孔質体 |
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| Outline of Research at the Start |
過剰な発電分を水素として貯蔵する水電解技術の高度化が必須である。特に最近は導入コスト削減のため高電流密度化し小型化するニーズが急激に高まっている。そのときの限界は、電極が大量の気泡に覆われてしまう水の物質移動律速で発生する。したがって電極上の微細気泡をうまく排除し、水を電極面に如何に供給できるかが鍵となる。ナノ流体を沸騰させ、その中で伝熱面に付着させると自己組織化現象により蒸気の排出が促進されるように伝熱面に多孔質層が形成され、大幅な限界熱流束向上効果が得られた。そこで、同様にナノ流体中で電極面上にナノ粒子を付着させそれが大幅な水電解の性能が向上できることを実験的に実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、ハニカム多孔質体とナノ流体(ナノ粒子を混濁させた溶液)を用いて水電解を高効率化させる新しい手法を提案・実証することを目的としている。水素社会到来のためには、安価かつ高効率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、水電解を小型、かつ低い電圧で効率よく大量の水素を生成できる技術が重要である。これまでの研究で、沸騰と水電解のアナロジーに着目し、これまで申請者が沸騰冷却の限界を向上させるために開発してきたハニカム多孔質体を水電解に適用し、水電解の限界電流密度を向上させている。これに加え最近の申請者の沸騰研究で、ハニカム多孔体とナノ流体を組み合わせると冷却の限界が3倍以上まで大幅に向上するという興味深い結果も得ている。実験後に伝熱面を観察するとハニカム多孔体直下で生成した気泡が排出されやすいようにナノ粒子堆積層内部で自己組織的にマイクロチャンネルが形成されていた。したがってハニカム多孔質体による極限冷却技術とナノ流体冷却技術を組み合わせ、水電解に適用すれば高電流密度で効率的に水素を製造できる可能性がある。現状、金属ナノ粒子を電極表面に沸騰と同様な方法でコーティングして実験を行った。その結果同じ電流値に対して、電圧は低下するという結果が得られた。特に濃度を変えた実験では高い濃度の方が電圧は低下する傾向にあったが、表面積が大きくなっているだけの可能性もある。今後は電気化学的な電極表面積ECSAを計測し、表面積が大きくなった効果なのか、それともそれ以上に気泡の離脱を促進させることに起因しているのかを明らかにする予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
さらに電極表面にナノ粒子の付着具合と電極性能について実験的に検討を行って行きたい
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、さらに、ナノ粒子の電極表面への付着状況とその電極性能への影響を詳細に調査する。特に、ナノ粒子のコーティング方法や付着密度が電極の水素生成性能に及ぼす影響を理解することが重要と考えている。このため、ナノ粒子の付着状態を定量化する手法を検討し、電極の電気化学的特性との関連性を解明する。
さらに、ナノ粒子の付着状態を制御するための新しい手法を検討する。これには、ナノ粒子の表面処理や電極構造の最適化などが含まれます。特に、ナノ粒子の付着を制御することで、電極表面の活性サイトの露出量を調整し、水素生成反応の効率を向上させることが期待される。
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