2018 Fiscal Year Research-status Report
Study on air revitalization using CO2 electrolysis aiming for high O2 recovery rate
| Project/Area Number |
18K04566
|
|---|
| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
|---|
Principal Investigator |
桜井 誠人 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主幹研究開発員 (80344258)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 琢也 同志社大学, 理工学部, 教授 (60296754)
金久保 光央 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (70286764)
島 明日香 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (80570035)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | イオン液体 / 二酸化炭素電解 / 炭素製造 / 空気再生 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙船の資源は非常に限られており、呼吸に消費される酸素も再生が必要である。 ISSで行われるSabatier反応（CO2+4H2→CH4+2H2O）を用いた空気再生システムでは、宇宙飛行士の呼気に含まれるCO2から、原則として約50％のO2しか回収できない。 副生成物として生成したCH4を宇宙空間に放出することでH2を失うためである。 メタンおよびCO2からの炭素形成のような方法は、O2の回収率をさらに改善するために必要であるが、高温を伴い、炭素が触媒表面に付着するので大量の触媒が消費される。本研究では、通常の気相でのボッシュ反応とは異なり、イオン液体中でのCO2の電気分解による炭素生成を利用して酸素を抽出するプロセスを使用して、低温でCO2と反応するシステムの可能性を調査する。なお、水溶液中におけるCO2の電解に関しては様々な副生成物が発生してしまう事が分かっている。
作用極、対極、参照極を持った三電極セルを用い、室温および1気圧におけるCO2の分解のための新しい電解質組成物を配合した。CO2の還元に関してサイクリックボルタンメトリーなどの電気化学的測定および定電位電解によって[DEME][TFSI]と[BMIM][BF4]の混合塩(25：75モル％）においてCO2の減少が確認された。 対極上への炭素析出のために間接的酸素発生が示唆された。電流は溶融物中のCO2の電気化学的還元に対応すると考えられた。 これを確認するために、ある範囲で定電位電解を行い、得られた試料をＳＥＭおよびＥＤＳを用いて測定した。 その結果電気分解して得られた試料中に炭素が検出された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験の前に、イオン液体をCO2ガスで飽和させるために、CO2ガスを1気圧でイオン液体に導入した。対照実験としてアルゴンガスも1atmでイオン液体に導入した。[DEME][TFSI]と[BMIM][BF4]の混合の割合を75モル％：25モル％、50モル％：50モル％、25モル％：75モル％の3種類に関して実験した。
[DEME] [TFSI]と[BMIM] [BF4]の25:75 mol％の混合物中でのサイクリックボルタンメトリーの結果から、-0.5V以上の負電位で還元電流が観測された。電流は溶融物中のCO2の電気化学的還元に対応すると考えられた。これを確認するために、－0.8V～－1.0Vの範囲で定電位電解を行い、得られた試料をSEMおよびEDSを用いて測定した。その結果－1.0Vで電気分解して得られた試料中に炭素が検出された。
|
| Strategy for Future Research Activity |
密閉可能な3電極セルを用いCO2の収支に関して情報を得る。
|
| Causes of Carryover |
実験の立ち上げにやや手間取り、旅費、人件費の分を物品費へと使用することにより立ち上げを加速したが多少残金がでた。本年の残金は次年度の物品費として使用する予定である。
|
