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2015 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Project

Project/Area Number 25281064
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

比嘉 充  山口大学, 理工学研究科, 教授 (30241251)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 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)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords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
Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Fouling Evaluation of Anion-exchange Membranes in Electrodialysis Systems2016

    • Author(s)
      Mitsuru HIGA, Ryosuke HIRONAGA, Keita TAKAMURA and Masanao CHINEN
    • Journal Title

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      Volume: 70 Pages: 116-117

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Power Generation of a Large Reverse Electrodialysis( RED) System Based on a Commercial ED stack2016

    • Author(s)
      Mitsuru HIGA, Tomoyuki SAKURADA and Hitoshi TAKEMURA
    • Journal Title

      Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan

      Volume: 70 Pages: 118-119

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      比嘉充
    • Organizer
      海水資源・環境シンポジウム
    • Place of Presentation
      千葉工業大学(千葉、志野市)
    • Year and Date
      2016-03-29
    • Invited
  • [Presentation] Characterization of ion exchange membranes prepared from poly (vinyl alcohol) based block copolymers2015

    • Author(s)
      M. Anno, T. Mizuno, M. Higa
    • Organizer
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Place of Presentation
      Hawaii Convention Center(Honolulu (USA))
    • Year and Date
      2015-12-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 逆電気透析(RED)における線速度と正味出力の関係2015

    • Author(s)
      櫻田朋之、久野雅弥、比嘉 充
    • Organizer
      膜シンポジウム2015
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫、神戸市)
    • Year and Date
      2015-11-26 – 2015-11-27
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      阿武真梨香・水野泰子・比嘉充
    • Organizer
      膜シンポジウム2015
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫、神戸市)
    • Year and Date
      2015-11-26 – 2015-11-27
  • [Presentation] 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

    • Author(s)
      廣永亮介、阿武真梨香、比嘉 充
    • Organizer
      膜シンポジウム2015
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫、神戸市)
    • Year and Date
      2015-11-26 – 2015-11-27
  • [Presentation] 世界における逆電気透析(RED)発電の開発状況2015

    • Author(s)
      比嘉充
    • Organizer
      第32回ニューメンブレンテクノロジーシンポジウム
    • Place of Presentation
      三田NNホール(東京、港区)
    • Year and Date
      2015-11-18
    • Invited
  • [Presentation] 安全な水やクリーンエネルギーを造る分離膜2015

    • Author(s)
      比嘉充
    • Organizer
      第5回CSJ化学フェスタ
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京、江戸川区)
    • Year and Date
      2015-10-13
    • Invited
  • [Presentation] Characterization of anion exchange membranes prepared from poly (vinyl alcohol) based block copolymers2015

    • Author(s)
      M. Anno, T. Mizuno, M. Higa
    • Organizer
      The 9th Conference of Aseanian Membrane Society (AMS9)
    • Place of Presentation
      Howard Civil International House(台北 (台湾))
    • Year and Date
      2015-07-20
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-01-06  

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