| 研究課題/領域番号 |
21K03916
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
中島 裕典 九州大学, 工学研究院, 助教 (70432862)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 水素生成 / 水蒸気電解 / 固体酸化物形電解セル / ハニカム形多孔質陰極支持体 / 三次元電流分布 / 三次元濃度分布 / 三次元温度分布 / 水素 / 水素ガス生成 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
種々の供給水蒸気流量における過電圧解析・電気化学ペルチェ熱から，電流密度と熱流束の関係を有限要素法解析に取り込みつつ，ハニカムSOEC電極表面温度の多点熱電対計測と対応する三次元水素生成電流分布を得る．水素生成速度分布・水蒸気濃度分布，拡散抵抗変化を流路配置の違いに対して明確化し，最適流路配置，流路密度，強制対流型流路の設計指針を構築し，新規ハニカム流路構造を有するSOECの評価を行う．
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| 研究成果の概要 |
従来の平板型セルや 円筒型セルに比べ、単位体積あたりの反応面積が大きいハニカム（モノリス）型電解セルを開発した。燃料製造速度の体積密度を大幅に向上させることができ、コンパクトで高性能な水蒸気電解システムの開発につながる。本研究は、Ni-YSZの多孔質ハニカムカソードを支持体とする固体酸化物形電解セルを用いた水蒸気電解による水素生成を対象とした。流路内の電流-電圧曲線を測定し、実用的なハニカムセルの最適設計に有用な電流分布と温度分布を解明するため、実測に基づき3次元有限要素モデルを開発・検証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
二酸化炭素などの温室効果ガスや大気汚染物質の排出低減のため，太陽光や風力などの再生可能エネルギーによる発電で得られる電力を利用した，水の電気分解による水素製造技術が注目されている．多孔質燃料極を支持体とするハニカム固体酸化物形電解セルは，反応物である水蒸気のマクロな三次元的拡散によって，水の電気分解における電気化学反応場が拡張し，電解装置のコンパクト化や水素製造の高効率化・省エネ効果が期待できる．さらに，従来の平板型電解セルに比べ熱機械的強度の向上が期待でき，耐久性向上も見込めることから，今後の再生可能エネルギー利用の普及につながる．
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