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電気化学反応を用いた反応系は、二次電池、燃料電池、電解プロセスなど多岐にわたるが、その多くが電子とイオンの輸送を両立させ、かつ高表面積を実現させるために多孔質電極を有している。しかしながら多孔質電極の微細構造と反応活性の相関に関しては未だ不明な点が多く、試行錯誤で構造設計が行われている。多孔質電極を用いた電気化学反応装置を設計するにあたり、反応種の物質輸送速度向上と有効電極表面積の拡大を両立する最適構造を設計することが極めて重要である。そこで今年度は基礎的反応系としてバナジウムレドックスフローバッテリーの充放電反応を対象に、複数の炭素繊維不織布電極を対象に反応特性を評価した。電極厚みや炭素繊維径と他混合物(バインダー等)の割合が異なる８種類の電極を対象に、その構造特性（細孔径分布、透過率）と電極性能の相関評価を行った。その結果空隙率０．８程度の透過性に優れた電極であっても一般的に使用される電解液条件ではイオン輸送（伝導・拡散）律速となり、薄膜化や高空隙化により物質輸送性に優れた電極を開発することが極めて重要であることがわかった。さらにその裏付けとして、極間に参照極を挿入した電解セルを作製し、その出力特性と交流インピーダンス測定から、電極反応活性に由来する活性化過電圧、電子伝導と電解質膜中のプロトン伝導に由来する抵抗過電圧、電極中の物質輸送に由来する濃度過電圧を分離することに成功した。その結果各極それぞれに適した電極構造の設計指針が提案可能となり、その定量的評価が可能となった。本研究により得られた知見は、CO2還元等のより複雑な系（気液異相系反応）での電極設計にも応用可能と考える。
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