| 研究課題/領域番号 |
20K05206
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
佐藤 剛史 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (60375524)
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| 研究分担者 |
伊藤 直次 宇都宮大学, 工学部, 特任教授 (90356478)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 水電解 / 水素化 / 水素透過膜 / パラジウム膜 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、水を電気分解して水素を得、その水素にて水素化化合物を合成するシステムとして、水素透過能を有するパラジウム－銀膜を電極とした水電解、膜を用いた水素分離、膜の透過側での水素化反応による有機化合物の水素化を効率的に行う装置の開発を目的としている。
今年度は、パラジウム－銀膜をカソード、ステンレスまたは白金メッシュをアノードとした電解セルにて、0.5 mol/L水酸化カリウム水溶液を用いた水電解を40～100℃にて行った。まず、温度の影響を検討した結果、温度上昇により電流値および透過水素流量が増大した。これは、温度上昇にともなう電解促進効果と膜の水素透過速度が増大した結果と考える。
次に、電流－電圧曲線を測定し、電圧の実測値と電解電圧の理論式のフィッティングを行うことで、水電解時における電圧を、理論電解電圧、活性化過電圧、電解液由来の電圧の寄与に分けて評価した。その結果、いずれの温度域においても、理論電解電圧は電流値に関わらず一定であり、電解液由来の電圧は電圧4.0 V時に最大0.20Vと小さかった。一方、活性化過電圧は電流値の上昇にともない増大していた。一般的な水電解槽では活性化過電圧が同様の挙動を示すことから、水素透過膜上での水電解においても電極表面状態が電解効率の支配因子であることが示唆された。一方、別途検討した電解側圧力の影響は小さく、このことは本装置において気泡の影響が小さかったことに起因していると考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本来、今年度中に水電解に加えてトルエン水素化の効率化への検討に入る予定であったが、現在の所、水電解の特性評価にとどまっている。今後は水電解水素化への展開を進める。
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| 今後の研究の推進方策 |
水素透過膜電極セルの透過側を水素化仕様に改造し、触媒を導入してトルエン水素化を行う。この時、セル内部の流路形状等が水素化速度に与える影響を検討することで、効率的水素化への指針を示す予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
主に、今年度行う予定であった水素化に向けた電解セル改良費用として、次年度に使用する予定である。
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