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2015 年度 実績報告書

逆電気透析発電システム用モノリシック発電セルの開発

研究課題

研究課題/領域番号 25281064
研究機関山口大学

研究代表者

比嘉 充  山口大学, 理工学研究科, 教授 (30241251)

研究分担者 遠藤 宣隆  山口大学, 理工学研究科, 講師 (40314819)
垣花 百合子  神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (90592014)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード濃度差エネルギー / ポリビニルアルコール / ブロック共重合体 / イオン交換膜 / 膜抵抗 / 動的輸率 / ファウリング
研究実績の概要

RED発電用の高性能イオン交換膜を開発するために、-SH末端のPVAとスチレンスルホン酸(SSA)およびビニルベンジルトリメチルアンモニウム塩酸塩(QBm)モノマーを溶媒中に溶解させ、ブロックコポリマーPVA-b-SSAおよびPVA-b-QBmを合成した。このブロック共重合体を使用して陽イオン交換膜および陰イオン交換膜を作製した。これらの膜の膜抵抗と動的輸率はいずれもRm=0.81 [Ω cm2]、t=0.99 [-]であり、市販のイオン交換膜より優れた基礎特性を示した。
実用化に近い規模である大型REDスタックを用いた発電試験を行った。模擬海水、模擬河川水としてそれぞれ0.5M、0.033MNaClを使用した場合、大型REDスタックの開放電圧は29.8 V、短絡電流密度が2.97 A、最大出力は16.7 Wであった。また、海水/淡水濃度比rと最大出力密度との関係を検討した結果、小型セルと同様の傾向を示し、r=30において最大出力17.8W、出力密度0.45 W/m2を示した。この時の海水および淡水の供給圧はそれぞれ20.8, 9.8 kPa、溶液流量は0.0046, 0.0046 m3/minであった。この値よりポンプ動力をポンプ効率85%として算出すると2.76 Wとなるため、実効出力は15.1 Wと計算された。この結果よりRED発電システムとしては将来のエネルギー源として期待できる。
実用化において膜汚染が問題となるため、バッチ式および流通式の電気透析セルを使用して種々の市販イオン交換膜の膜汚染に関する評価を行った。流通式のセルでは塩濃度の変化による影響を受けることなくファウリング挙動を解析でき、流通式のセルの方がファウリング評価に適していると考えられる。今後はこの膜汚染の評価方法により膜汚染に強い前処理法や発電セルの開発に応用する予定である。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Fouling Evaluation of Anion-exchange Membranes in Electrodialysis Systems2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru HIGA, Ryosuke HIRONAGA, Keita TAKAMURA and Masanao CHINEN
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 70 ページ: 116-117

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Power Generation of a Large Reverse Electrodialysis( RED) System Based on a Commercial ED stack2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru HIGA, Tomoyuki SAKURADA and Hitoshi TAKEMURA
    • 雑誌名

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      巻: 70 ページ: 118-119

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 分離膜を用いた塩分濃度差エネルギー回収技術の原理と技術動向2016

    • 著者名/発表者名
      比嘉充
    • 学会等名
      海水資源・環境シンポジウム
    • 発表場所
      千葉工業大学(千葉、志野市)
    • 年月日
      2016-03-29
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization of ion exchange membranes prepared from poly (vinyl alcohol) based block copolymers2015

    • 著者名/発表者名
      M. Anno, T. Mizuno, M. Higa
    • 学会等名
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center(Honolulu (USA))
    • 年月日
      2015-12-17
    • 国際学会
  • [学会発表] 逆電気透析(RED)における線速度と正味出力の関係2015

    • 著者名/発表者名
      櫻田朋之、久野雅弥、比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2015
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫、神戸市)
    • 年月日
      2015-11-26 – 2015-11-27
  • [学会発表] 新規PVA系ブロック共重合体を用いた陽イオン交換膜:イオン交換基の構造と膜特性の関係2015

    • 著者名/発表者名
      阿武真梨香・水野泰子・比嘉充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2015
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫、神戸市)
    • 年月日
      2015-11-26 – 2015-11-27
  • [学会発表] 電気透析における陰イオン交換膜の膜構造がファウリングに与える影響2015

    • 著者名/発表者名
      廣永亮介、阿武真梨香、比嘉 充
    • 学会等名
      膜シンポジウム2015
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫、神戸市)
    • 年月日
      2015-11-26 – 2015-11-27
  • [学会発表] 世界における逆電気透析(RED)発電の開発状況2015

    • 著者名/発表者名
      比嘉充
    • 学会等名
      第32回ニューメンブレンテクノロジーシンポジウム
    • 発表場所
      三田NNホール(東京、港区)
    • 年月日
      2015-11-18
    • 招待講演
  • [学会発表] 安全な水やクリーンエネルギーを造る分離膜2015

    • 著者名/発表者名
      比嘉充
    • 学会等名
      第5回CSJ化学フェスタ
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京、江戸川区)
    • 年月日
      2015-10-13
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization of anion exchange membranes prepared from poly (vinyl alcohol) based block copolymers2015

    • 著者名/発表者名
      M. Anno, T. Mizuno, M. Higa
    • 学会等名
      The 9th Conference of Aseanian Membrane Society (AMS9)
    • 発表場所
      Howard Civil International House(台北 (台湾))
    • 年月日
      2015-07-20
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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