2021 Fiscal Year Annual Research 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 |
2015年のパリ協定の採択を受けて、環境性の高い再生可能エネルギー (以下、再エネ)の導入・拡大が加速している。しかし、電力変動や地域偏在性が大きい再エネでは安定した電力供給が確保できない。そこで、水素エネルギーの利便性が評価されていることから、水電解による水素製造によって再エネを補う技術が注目されている。数ある水電解法のうち、陽イオン交換膜に触媒が圧着された膜電極接合体 (MEA)を利用する固体高分子(PEM)形水電解は、高効率で高純度な水素が得られる利点がある。一方で、装置の低コスト化が課題である。低コスト化の可能性を追求するため、同手法の水素原料である純水に着目した。純水は様々な水処理を経て精製される。本研究では、水素原料コストの低減を目的とし、純水の水処理コストを省いた水をPEM形水電解セルに使用した。また、水処理レベルの低い水を使用するとセルの性能が低下したため、性能回復手法も検証した。
PEM形水電解の原料コスト低減を目的として、人口河川水をセルに供給した。人口河川水供給により、セルの動作電圧の上昇およびMEAの水素ガス透過量の増加（逆流）が確認された。供給水中に含まれる金属 イオンがMEAに滞留することで膜の電気伝導度が低下しセルの動作電圧が上昇した。また、金属イオンのMEA への付着により、水素ガス透過量が増加してしまうことが分かった。よって性能回復に求められるのは、上昇した電圧の低下と MEAの水素ガス透過量の減少である。回復手法として、超純水の再供給と硝酸処理を試みた。性能低下後のセルは、超純水を再供給することで、電圧の回復は確認できたが水素ガス透過量（逆流）は減少しなかった。硝酸処理では、電圧の回復と水素ガス透過量の減少が確認され、同手法はPEM形水電解セルの回復手法として有効であることが分かった。
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