2023 Fiscal Year Annual Research Report
海水等の天然水を電解液資源として用いる自然エネルギーを想定した電解水素製造
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20K12239
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
遠藤 宣隆 山口大学, 大学院創成科学研究科, 講師 (40314819)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 電解水素製造 / 海水電解 / 選択性制御 / 酸素 / 塩素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
薄板型流路を持つ流通式電解槽を自作し、模擬海水として3.5wt% NaCl溶液を電解した。50ml/minで供給して行った電解において、出口濃度の塩素濃度は理論値の40～50％となり、残りの電気量は出口溶液のpH変化から酸素生成に消費されたことが示された。これは電極近傍の溶液が流路部とは異なる流れとなり、板電極では電極表面付近が低線速度で流れること、網電極ではこれに加えて網目内部に溶液が滞留することによって生じ、電極表面に存在する時間が長くなることで反応物（塩化物イオン）が消費されて濃度が低下することにより生じたと考えられる。その場合、選択性は電極表面への反応物（塩化物イオン・水酸化物イオン）の供給速度によると考えられ、拡散速度の速い水酸化物イオンによって生成する酸素の選択性が向上すると考えられる。
この影響は印加電流の増大によりより顕著となることはそれを裏付ける。また溶液の供給速度の増大によってもその影響は増大しており、流路の流れが速くなるのに対して、滞留している領域の溶液はさほど影響を受けていないことが示唆された。また、ゼロギャップ電極構造では膜を通じて移動するイオンによって生じる電気浸透流が、網電極を通り抜ける形で生じるため、流路部からのイオン供給を促進し、本来反応の起こりやすい塩素生成が増大したと考えられる。
以上の結果より、セルの構造や運転条件を変えることで、海水電解における塩素／酸素の選択性、すなわち生成比率を変化させることができることが示された。これにより、安価な電解液資源の利用、自然水利用に必要な滅菌剤の内部調達、腐食性や毒性のある副生物の過剰生産による処理費用の低減ができる。これは自然エネルギーの面積効率から、中規模になると予想される水素製造プラントにおいて、その経済性の向上に大きく貢献すると考えられる。
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