2020 Fiscal Year Research-status Report
固体高分子水電解における不純物起因劣化メカニズムの解明および特性回復手法の確立
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19K12401
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
西岡 賢祐 宮崎大学, 工学部, 教授 (00377441)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水素 / 固体高分子電解質膜 / PEM / 劣化 / 回復 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽光発電等の再生可能エネルギー由来の電力を用いた水電解により水素を生成するCO2フリー水素の大規模製造は、水素社会を再生可能エネルギーシステムにつなげる不可欠な技術である。固体高分子電解質膜（Polymer Electrolyte Membrane: PEM）を用いたPEM水電解は高効率で高純度な水素製造技術である。PEM水電解では装置保護のため純水を用いることが必須であるが、水を真にエネルギー源にするためには莫大な量の純水を得る必要があり、水処理コストが水素製造コストを押し上げる危険性が高い。再生可能エネルギー由来水素を大規模で運用しようとすると、電解装置の中でコストの大きな部分を占めるPEMを長期に安定して動作させる必要がある。しかしながら、どうしても発生してしまう、不純物としての金属カチオンの汚染が、PEMの特性を劣化させ電解装置の特性を落としてしまう。さらに、PEMの寿命を短くしてしまう。PEMの金属カチオン由来の劣化を、簡便な方法で回復することができれば、電解装置の寿命を長くすることができ、さらには、O＆Mコストを低減することができる。
本研究では、2019年度、PEM水電解装置の不純物による劣化メカニズムを明らかにした。2020年度は、それらの知見を基に、不純物により特性劣化したPEM水電解装置に簡便な電気化学的処理を行い、装置にダメージを与えることなく不純物を除去する手法を確立し電解特性を回復させた。順方向にバイアスを印加しながらPEMを洗浄することにより、膜から金属カチオンが効率的に取り除かれ、水素生成特性が回復することがわかった。
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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
明らかにしたPEM水電解装置の不純物による劣化メカニズムに関する知見を基に、簡便な手法で膜についた不純物金属カチオンを取り除くことができ、さらに水素生成特性を回復（初期値の80％程度）させることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度までの研究で、PEM水電解装置を劣化させているのは、不純物としての金属カチオンであり、特に価数の大きな金属カチオンがより特性に影響することがわかった。また、それらの金属カチオンは、順バイアスを印加したPEMの洗浄により効率的に取り除かれ、水素生成特性を回復できることがわかった。これまでの結果を受け、初期値まで水素生成特性を回復させるための手法の研究に取り組む。具体的には、これまで試していない、物理的手法による金属カチオンのPEMからの除去を試みる。
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| Causes of Carryover |
COVID19の影響で、旅費として計画していた予算について使用しなかったため。次年度は、最終年度であるため、研究をまとめるためにできるだけ多くの実験条件で実験する必要があるため、条件数を増やすためにPEMを購入する。
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