Highly selective hydrogen separation using carbon nanosheet membrane

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22087
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: Kida Tetsuya 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70363421)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 酸化グラフェン / プロトン導電性 / 水素透過

Outline of Final Research Achievements

A stable supply of hydrogen is indispensable for using hydrogen as a next-generation energy source. For that purpose, an economical hydrogen production method is required, but at the same time, an efficient separation / purification technology must be developed. Therefore, in this research, we have developed a technology to separate only hydrogen from the mixed gas using graphene oxide, which has both electron and proton conductivities. A Pt / C catalyst was applied to both sides of a metal ion-doped graphene oxide self-supporting membrane to fabricate a hydrogen permeable membrane. Self-permeation of hydrogen was observed around 800°C, suggesting that hydrogen permeation occurred via dissociation of hydrogen into protons and electrons by the electrode catalyst, electron/proton diffusion in the membrane, and their recombination at the opposite side.

Free Research Field

材料化学、化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水素エネルギー社会の到来は目前に迫っており、水素ステーションも日本各地に配備され燃料電池車の本格普及も間近である。その実現の鍵となるのは、水素の安定供給である。本技術により水素の分離精製をより経済的・効率的に行うことができれば、来る水素エネルギー社会の永続化に大きく資することができる。化学工業においては、生成物・中間生成物の分離精製に多大なエネルギーを消費していると言われており、その工程を効率化できる膜技術への期待は大きい。大規模水素製造施設のみならず、個別水素製造設備および装置にこの膜を組み込み、その場で水素の純化が可能になれば、水素製造・輸送上のコストを大きく低減できる。