• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2020 年度 実施状況報告書

固体高分子水電解における不純物起因劣化メカニズムの解明および特性回復手法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 19K12401
研究機関宮崎大学

研究代表者

西岡 賢祐  宮崎大学, 工学部, 教授 (00377441)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード水素 / 固体高分子電解質膜 / PEM / 劣化 / 回復
研究実績の概要

太陽光発電等の再生可能エネルギー由来の電力を用いた水電解により水素を生成するCO2フリー水素の大規模製造は、水素社会を再生可能エネルギーシステムにつなげる不可欠な技術である。固体高分子電解質膜(Polymer Electrolyte Membrane: PEM)を用いたPEM水電解は高効率で高純度な水素製造技術である。PEM水電解では装置保護のため純水を用いることが必須であるが、水を真にエネルギー源にするためには莫大な量の純水を得る必要があり、水処理コストが水素製造コストを押し上げる危険性が高い。再生可能エネルギー由来水素を大規模で運用しようとすると、電解装置の中でコストの大きな部分を占めるPEMを長期に安定して動作させる必要がある。しかしながら、どうしても発生してしまう、不純物としての金属カチオンの汚染が、PEMの特性を劣化させ電解装置の特性を落としてしまう。さらに、PEMの寿命を短くしてしまう。PEMの金属カチオン由来の劣化を、簡便な方法で回復することができれば、電解装置の寿命を長くすることができ、さらには、O&Mコストを低減することができる。
本研究では、2019年度、PEM水電解装置の不純物による劣化メカニズムを明らかにした。2020年度は、それらの知見を基に、不純物により特性劣化したPEM水電解装置に簡便な電気化学的処理を行い、装置にダメージを与えることなく不純物を除去する手法を確立し電解特性を回復させた。順方向にバイアスを印加しながらPEMを洗浄することにより、膜から金属カチオンが効率的に取り除かれ、水素生成特性が回復することがわかった。

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

明らかにしたPEM水電解装置の不純物による劣化メカニズムに関する知見を基に、簡便な手法で膜についた不純物金属カチオンを取り除くことができ、さらに水素生成特性を回復(初期値の80%程度)させることができたため。

今後の研究の推進方策

2020年度までの研究で、PEM水電解装置を劣化させているのは、不純物としての金属カチオンであり、特に価数の大きな金属カチオンがより特性に影響することがわかった。また、それらの金属カチオンは、順バイアスを印加したPEMの洗浄により効率的に取り除かれ、水素生成特性を回復できることがわかった。これまでの結果を受け、初期値まで水素生成特性を回復させるための手法の研究に取り組む。具体的には、これまで試していない、物理的手法による金属カチオンのPEMからの除去を試みる。

次年度使用額が生じた理由

COVID19の影響で、旅費として計画していた予算について使用しなかったため。次年度は、最終年度であるため、研究をまとめるためにできるだけ多くの実験条件で実験する必要があるため、条件数を増やすためにPEMを購入する。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020

すべて 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] 太陽光発電由来の水素およびメタン生成2021

    • 著者名/発表者名
      西岡 賢祐
    • 学会等名
      2021年 第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 太陽光由来水素製造における河川水利用が固体高分子形水電解装置に与える影響2020

    • 著者名/発表者名
      吉村 玲冶, 西岡 賢祐
    • 学会等名
      第17回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
  • [学会発表] 大規模太陽光由来水素生成のための固体高分子形水電解の性能回復検討2020

    • 著者名/発表者名
      森谷 尚之, 西岡 賢祐
    • 学会等名
      第17回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
  • [学会発表] 太陽光発電を用いた水電解電気化学セルの水素変換効率評価および全国における水素発生ポテンシャル予測2020

    • 著者名/発表者名
      渡邊 将貴, 太田 靖之, 西岡 賢祐
    • 学会等名
      第17回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi