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2017 年度 実施状況報告書

放射線グラフト陽・陰イオン交換膜の輸送特性解明と逆電気透析発電への応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K06839
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

澤田 真一  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (70414571)

研究分担者 前川 康成  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 部長(定常) (30354939)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード逆電気透析発電 / カチオン交換膜 / アニオン交換膜 / 放射線グラフト重合 / 膜抵抗
研究実績の概要

放射線グラフト重合法で作製したカチオン交換膜(Cation Exchange Membrane, CEM)とアニオン交換膜(Anion Exchange Membrane, AEM)の輸送特性の評価を進めた。CEMの作製は、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)膜へのγ線照射(10 kGy)、スチレンのグラフト重合、スチレンユニットのスルホン化、という手順で行った。AEMの作製は、ETFEへのγ線照射(10 kGy)、クロロメチルスチレン(CMS)のグラフト重合、CMSユニットの4級化、という手順で行った。得られたCEMとAEMのイオン交換容量、含水率、膜抵抗、水透過係数を測定した。
CEM、AEM共に、イオン交換容量(Ion Exchange Capacity, IEC)が上がると膜抵抗は急激に減少した。IEC=2.4 mmol/gのCEMと1.6 mmol/gのAEMは、それぞれ0.28(市販膜の10%)、0.39 Ω cm2(市販膜の17%)という非常に低い膜抵抗を示した。これらの放射線グラフトCEMとAEMのペアを用いることで、市販膜の場合よりも発電出力を38%向上できることが試算された。また水透過係数は、IECが高くなると上昇する傾向が見られた。ただし、グラフト鎖間をジビニルベンゼンで化学架橋することにより、水透過を大幅に抑制できる見込みを得た。
CEMとAEMの輸送特性評価と並行し、逆電気透析(Reverse ElectroDialysis, RED)発電装置の設計と製作を行った。電極には銀/塩化銀電極を用い、5×5 cm2のサイズのCEM・AEMを最大10対程度装着できる仕様とした。モデル海水・淡水をRED発電装置に供給するための循環ポンプおよび貯留タンクも購入し、発電試験系を整備した。

現在までの達成度 (区分)
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

当初の研究計画が十分に練られていたため、予定どおりに研究は進捗している。

今後の研究の推進方策

放射線グラフト重合法で作製したCEMとAEMを用いて、RED発電試験の実施に着手する。膜の輸送特性(膜抵抗や水透過係数)が発電出力に及ぼす影響を検討する。その結果を材料設計の場にフィードバックし、膜作製条件の最適化を図る。放射線グラフトCEM・AEMを用いて、市販膜を上回る発電性能を達成することが最終目標である。

次年度使用額が生じた理由

逆電気透析発電装置が当初の予想よりも安い価格で製作できたので、次年度使用額が生じた。翌年度、試薬やガラス器具の購入費、学会参加のための旅費などに充当する。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2017

すべて 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 逆電気透析発電用放射線グラフト陽イオン交換膜の水・イオン輸送特性2017

    • 著者名/発表者名
      澤田真一、安川政宏、比嘉充、前川康成
    • 学会等名
      2017年電気化学秋季大会
  • [学会発表] Preparation of cation and anion exchange membranes for reverse electrodialysis by radiation-induced grafting method2017

    • 著者名/発表者名
      澤田真一、安川政宏、比嘉充、前川康成
    • 学会等名
      5th International Conference on Nanotechnology and Materials Science
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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