2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the electric cell with hydrogen permeable metal membrane for rapid hydrogenation through the electrolysis of water
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20K05206
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
佐藤 剛史 宇都宮大学, 工学部, 教授 (60375524)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 直次 宇都宮大学, 工学部, 教授 (90356478)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水電解 / 水素透過膜 / パラジウム膜 / 水素化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、水の電気分解により水素を製造し、その水素にて水素化化合物を合成する一連の反応を行うべく、水素透過能を有するパラジウム－銀膜を電極とした水電解、膜を用いた水素精製を経た分離、膜の透過側に水素化反応場を構築することによる水素化反応による有機ハイドライド合成を行う装置の開発を目的 としている。
初年度は20mm角のパラジウム－銀膜をカソードとした新たな電解セルにて、0.5 mol/L水酸化カリウム水溶液を用いた水電解を 40～100℃にて行った。その結果、温度上昇により電流値および透過水素流量が増大しており、温度上昇にともなう電解促進効果と膜の水素透過速度が増大による効果を確認した。また、電流－電圧曲線の解析から、水素透過膜上での水電解において電極表面状態が電解進行の支配因子であると考えた。
次年度は、本装置の電解セル内の一部流路が著しく狭小であることが明らかとなり、電解セルの構造を再検討し、新たにセルの蓋部分を再製作した。改良により上記の問題点は解消し、従来よりも電流値が高い装置とすることができた。
次に、水電解挙動のさらなる安定化のためには、膜への通電を促進することが重要であることが明らかとなった。そのため、カソード膜と導線との接続部分の構造を改良し膜と導線の接触を確実とし、安定的な膜への通電を可能とした。
最終年度は、これまでに作成した装置にて水素製造性能を確認した。その結果、電圧2.3 V, 0.5 mol/L水酸化カリウム, 0.15 MPaにて、電流値約100mAにて透過水素流量0.4 μmol/sを達成した。また、膜の水素透過側に担持金属触媒を導入し、バブリングにて透過側にトルエンを供給し、95℃にて水素化反応を行った所、トルエンの60%以上がメチルシクロヘキサンとなる水素化が進行し、本装置にて水電解水素化が進行することを確認した。
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