Development of CO2 recycling process with hidride ion conducting electrodes

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19017
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Aoki Yoshitaka 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50360475)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 電気化学的CO2還元 / ヒドリドイオン / プロトン固体酸化物セル / 金属窒化物 / カソード

Outline of Final Research Achievements

The electrochemical reduction of CO2 were investigated for proton solid oxide cell electrolyzers using the cathodes of rock salt vanadium nitride with grain boundary hydride ion conductivity. CO2-H2O co-electrolysis was carried out at around 150°C by fabricating the cell with a phosphoric solid acid electrolyte and a silver anode. The cell can conduct electrochemical CO production with a Faradaic efficiency of 5% in a cell using a cathode of Ag-loaded MoN nitride thin film. Meanwhile. The cells with a single MoN and Ag film cathode cannot conduct efficient CO production, which revealed that the triple phase boundary of MoN-Ag-CO2-gas was effective reaction sites for CO2 reduction reaction.

Free Research Field

固体イオニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

固体電解質セルを使ったCO2－H2O共電解プロセスは、化石燃料由来のグレー水素を使わず、CO2を有用物質へと転換することができ、また比較的反応速度が速いため、工業的なCO2再資源化法として期待されている。これまでは、酸化物イオン伝導体Zr0.9Y0.1O1.9を用いた高温型固体酸化物セルを使ったプロセスが検討されてきた。しかしながらこの様な高温では熱力学的に、生成物はメタンのみに限られ、また電極に用いる材料が制限されるため、より高付加価値の高い材料への転換は難しい。本研究の成果は、CO2をメタンより資源価値の高いCOへ選択的に変換する手法を開拓した。