2017 Fiscal Year Annual Research Report
海水濃度差発電用新規高効率・高安定性エネルギー変換システムの開発
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16H01796
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
比嘉 充 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (30241251)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 祐麻 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (00577489)
安川 政宏 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (20647309)
遠藤 宣隆 山口大学, 大学院創成科学研究科, 講師 (40314819)
松本 英俊 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (40345393)
通阪 栄一 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40363543)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 再生可能エネルギー / 濃度差 / イオン交換膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は、平成28年度に作製したポリビニルアルコール(PVA)系イオン交換膜の膜表面に膜マトリクスと反対荷電ポリマーをコーティングした一価イオン選択膜を作製し、性能評価を行った結果、膜抵抗を向上させることなく一価選択性を付与できるコーティング条件を見出すことに成功した。
また、昨年度に用いた逆電気透析装置（200対の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜、40 m2）の出力を高めるべく、膜間距離について検討を行った結果、膜間距離を0.6 mmから0.2 mmに減少させた場合、模擬海水(0.5 M NaCl)と模擬河川水(0.02 M NaCl)を用いた条件のグロス出力が約1.6倍向上（17.7 Wから29.2 W）する結果が得られた。さらに溶液の水温が出力性能に与える影響についても調査を行い、結果として、水温が10℃から35℃に増加するに伴ってグロス出力が22.5 Wから38.6 Wと約1.7倍増加する結果が得られた。溶液水温が開回路電圧に与える影響は小さかったため、本出力増加は水温増加に伴うスタック内部抵抗の低減に起因するものだと考えられる。また水温増加は送液ポンプエネルギーの低減にも貢献するため、ポンプエネルギーを考慮した正味出力においても今回の最大水温条件（35℃）が最も高出力であることが明らかとなった。
実際の海水や下水処理水などの原水中に含まれる2価イオンが、発電出力に与える影響について詳細に検討を行い、出力低下のメカニズムを明らかにすることができた。また溶液の種類にも依存するが一価イオン選択性を有するイオン交換膜を用いることで発電出力を向上できることが明らかとなった。
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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
PVAベースのイオン交換膜について、一価イオン選択性を付与できる条件を見出したこと、及び、逆電気透析装置の出力を向上させることができたこと、また実際の原水を用いた場合の課題となる2価イオンの影響のメカニズムを明らかにすることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度の研究成果に基づいて、一価イオン選択性を有するイオン交換膜を用いた発電性能評価試験を実施する。供給流量や印加電流の依存性について調査を行い、これらの操作条件が出力性能に与える影響について明らかにする。
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