2017 Fiscal Year Research-status Report
放射線グラフト陽・陰イオン交換膜の輸送特性解明と逆電気透析発電への応用
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16K06839
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
澤田 真一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (70414571)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前川 康成 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 部長(定常) (30354939)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 逆電気透析発電 / カチオン交換膜 / アニオン交換膜 / 放射線グラフト重合 / 膜抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射線グラフト重合法で作製したカチオン交換膜(Cation Exchange Membrane, CEM)とアニオン交換膜(Anion Exchange Membrane, AEM)の輸送特性の評価を進めた。CEMの作製は、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)膜へのγ線照射(10 kGy)、スチレンのグラフト重合、スチレンユニットのスルホン化、という手順で行った。AEMの作製は、ETFEへのγ線照射(10 kGy)、クロロメチルスチレン(CMS)のグラフト重合、CMSユニットの4級化、という手順で行った。得られたCEMとAEMのイオン交換容量、含水率、膜抵抗、水透過係数を測定した。
CEM、AEM共に、イオン交換容量(Ion Exchange Capacity, IEC)が上がると膜抵抗は急激に減少した。IEC=2.4 mmol/gのCEMと1.6 mmol/gのAEMは、それぞれ0.28(市販膜の10%)、0.39 Ω cm2(市販膜の17%)という非常に低い膜抵抗を示した。これらの放射線グラフトCEMとAEMのペアを用いることで、市販膜の場合よりも発電出力を38%向上できることが試算された。また水透過係数は、IECが高くなると上昇する傾向が見られた。ただし、グラフト鎖間をジビニルベンゼンで化学架橋することにより、水透過を大幅に抑制できる見込みを得た。
CEMとAEMの輸送特性評価と並行し、逆電気透析(Reverse ElectroDialysis, RED)発電装置の設計と製作を行った。電極には銀/塩化銀電極を用い、5×5 cm2のサイズのCEM・AEMを最大10対程度装着できる仕様とした。モデル海水・淡水をRED発電装置に供給するための循環ポンプおよび貯留タンクも購入し、発電試験系を整備した。
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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
当初の研究計画が十分に練られていたため、予定どおりに研究は進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
放射線グラフト重合法で作製したCEMとAEMを用いて、RED発電試験の実施に着手する。膜の輸送特性(膜抵抗や水透過係数)が発電出力に及ぼす影響を検討する。その結果を材料設計の場にフィードバックし、膜作製条件の最適化を図る。放射線グラフトCEM・AEMを用いて、市販膜を上回る発電性能を達成することが最終目標である。
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| Causes of Carryover |
逆電気透析発電装置が当初の予想よりも安い価格で製作できたので、次年度使用額が生じた。翌年度、試薬やガラス器具の購入費、学会参加のための旅費などに充当する。
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