2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of hydrogen production utilizing magnetic ejection effect of magnetic nanofluids
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20K15218
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岩本 悠宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30707162)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁性ナノ粒子 / 磁性ナノ流体 / 磁性流体 / 水電解 / 数値解析 / 多孔質電極 / 水素製造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
環境保全と持続可能エネルギー社会の形成のためには，水力発電などの再生可能エネルギーを電源とした水素製造とその有効利用が不可欠である。そのために，本研究課題では，磁性ナノ流体を用いた新しい水電解技術を提案するとともに，従来技術では不可能であった多孔質電極を水電解に適応し，電極比表面積の飛躍的な拡大による水電解の超高効率化を目指す。
磁性ナノ流体を電解液とした水電解の研究報告はない。磁性ナノ流体中のナノ粒子は，その分散性を担保するため界面活性剤で表面被覆されている。水の電気分解中に発生する水素イオンがこの界面活性剤と中和反応を起こすことで，磁性ナノ粒子の凝集・沈降が発生することが示差された。
また，磁性または非磁性の多孔質電極を用いた磁気排除効果の影響について，クロノアンペロメトリー法により調査を行った。磁性多孔質電極を用いた場合，外部磁場を印加した際，電極自体が磁化するため，磁気排除効果を発揮しないことが明らかとなった。一方で，非磁性多孔質電極を用いた場合，磁気排除効果により電解量の向上を確認することができた。さらに，電極表面の親水・撥水性が電解効率に大きく影響を与えることも明らかになった。
磁性ナノ流体を電解液とし，磁場環境下での水電解メカニズムを明らかにするために，電磁流体力学に基づいた支配方程式系と解析手法を構築し，基礎解析コードを発展させ解析を実施した。その結果，磁場下における非磁性気泡近傍（水素・酸素想定）の電位変化およびローレンツ力と磁気体積力分布を明らかにし，気泡運動挙動に資する知見を得ることができた。
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