次世代水電解型水素製造プロセス実現のための耐熱耐圧耐食性電気化学マイクロセル開発

• 研究課題/領域番号: 15H04180
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 反応工学・プロセスシステム
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 陶 究 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 化学プロセス研究部門, 主任研究員 (60333845)
• 研究分担者: 古屋 武 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 化学プロセス研究部門, 副研究部門長 (10219131)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2017年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2016年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: アルカリ水電解 / 水素製造 / 高温高圧 / マイクロ電極 / マイクロセル / 電気化学マイクロセル

研究実績の概要

本研究では、高温高圧場でのアルカリ水電解による次世代型水素製造プロセス開発のための基盤研究を実施する。水電解は高温、高圧、高アルカリ濃度ほど性能が向上するため、有効な水素製造法の一つと考えられている。一方、装置、電極、セパレーターの腐食や耐久性の問題から、安全面やコスト面を含めて装置作製上の課題が多く、実用化には至っていない。なお、商用での最高温度は９０℃程度である。本研究では、次世代型水素製造プロセス実現のために耐熱、耐圧、耐食性に優れたマイクロ電極を含む新規な構造の電気化学マイクロセルを提案、開発するとともに、常温から４００℃、常圧から５０ＭＰａにおけるアルカリ水電解を実施し、プロセス化に不可欠な電流電圧曲線や水素生成速度といった基盤データを蓄積し、提案するプロセスの有用性を例証することを目的としている。
今年度は、白金線を用いたマイクロ電極を備え、耐熱、耐圧、耐食性に優れた接液部をチタンとする電気化学マイクロセルを作製して、流通式電解装置を組み上げるとともに、高圧下でポンプを用いて1系統で供給した水溶液をセル内で2系統に均等分配するための流量制御システムを構築した。 実際にNaOH水溶液を流通させ、圧力24MPa、温度23℃から400℃、電圧1～5Vの条件で電解実験を実施し、電流密度の温度や電圧依存性等のデータを蓄積するとともに、装置改良のための課題を抽出した。また、水素や酸素濃度をインラインで分析するためのシステム開発もほぼ完成した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

電極の作製方法、高圧下での流量制御方法をほぼ確立し、実際に、マイクロ電極を備えた電解装置を作製し、高温高圧下での電解実験を実施することができた。

今後の研究の推進方策

圧力、電圧、NaOH濃度、流量を大幅に変化させた際の、電流密度や水素・酸素生成量のデータを蓄積しつつ、高温高圧場での電解特性を見極る。一方で、より、過酷条件での検討が増えるため、適宜、装置（特にマイクロ電極や電気化学マイクロセル）や流量制御方法の改良を実施する。