Development of deuterium enrichment device with low energy

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19034
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Yasuda Satoshi 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (90400639)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 同位体効果 / 重水素 / 電気化学

Outline of Final Research Achievements

We investigated the effect of electrocatalyst species on the deuterium enrichment ability of hydrogen isotope gases in fuel cell and hydrogen pumping systems, which are polymer electrolyte electrochemical devices. When the Pd film is used as the anode, an isotope effect that the deuterium is concentrated at room temperature was clearly observed in both systems. Furthermore, by combining a fuel cell and hydrogen pumping systems, it was demonstrated that deuterium can be enriched at room temperature by the energy generated by the fuel cell in the system.

Free Research Field

表面科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水素同位体分離の研究は古くから行われているが、室温で動作可能な固体高分子形電気化学デバイスを用いての分離に関する研究例はわずかである。特に電極触媒種が分離能に与える影響に関する知見は皆無であり、学術的にもこれら機構を明らかにすることは重要である。また、重水素は、製造コストが高いため、その多くを輸入に頼っている。しかしながら、戦略物質であり価格コントロールされているため供給リスクが高い。本成果は、低コストでの重水素濃縮の可能性を示した結果であり、国内産業で必須の重水素の国内生産化が期待できるため社会的意義も高い。