2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on air revitalization using CO2 electrolysis aiming for high O2 recovery rate
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18K04566
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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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, 研究領域主幹 (80344258)
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| 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, 主任研究員 (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, 主任研究開発員 (80570035)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 二酸化炭素電解 / 炭素製造 / 空気再生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙船では資源が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。サバチエ反応（CO2+ 4H2→CH4 + 2H2O）を用いた空気再生プロセスでは呼吸に含まれるCO2からO2の約50％しか回収することができない。本研究ではイオン液体中のCO2の電気分解による炭素生成を利用して酸素を抽出し低温でCO2を電解する可能性を調査した。イオン液体は揮発性が極めて低いので、固体吸着剤と同様にガス分離と吸収液の再生が可能である。イオン液体が持つ酸性ガス吸収能力の特性に着目しCO2を分離濃縮した。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した。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ため、本研究ではイオン液体を用いている。
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。一方、高圧電解セルでは炭素の析出は確認できなかった。COとなっている可能性がある。
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