Innovation of water electrolysis utilizing self-assembled micro-honeycomb porous plate

利用自组装微蜂窝多孔板电解水的创新

• 批准号: 22K18999
• 负责人: 森 昌司
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18999/
• 关键词: 水電解; ハニカム多孔質体

本研究課題では、ハニカム多孔質体とナノ流体(ナノ粒子を混濁させた溶液)を用いて水電解を高効率化させる新しい手法を提案・実証することを目的としている。水素社会到来のためには、安価かつ高効率で環境に優しい水素生成プロセスが必要である。そのためには、水電解を小型、かつ低い電圧で効率よく大量の水素を生成できる技術が重要である。これまでの研究で、沸騰と水電解のアナロジーに着目し、これまで申請者が沸騰冷却の限界を向上させるために開発してきたハニカム多孔質体を水電解に適用し、水電解の限界電流密度を向上させている。これに加え最近の申請者の沸騰研究で、ハニカム多孔体とナノ流体を組み合わせると冷却の限界が3倍以上まで大幅に向上するという興味深い結果も得ている。実験後に伝熱面を観察するとハニカム多孔体直下で生成した気泡が排出されやすいようにナノ粒子堆積層内部で自己組織的にマイクロチャンネルが形成されていた。したがってハニカム多孔質体による極限冷却技術とナノ流体冷却技術を組み合わせ、水電解に適用すれば高電流密度で効率的に水素を製造できる可能性がある。現状、ナノ粒子を電極表面にコーティングする技術を開発しているところである。今年度に電極性能を測定し、どの程度性能向上が達成できたか検討する予定である。これと並行して、ニッケル製の金網に電解析出による電極生成させる方法についても検討を行った。電極表面積を電気化学的に評価しながら検討した結果、気泡がぬける孔（金網の目）が小さくなるほど、低い電圧においても性能が劣化することが明らかとなり、性能向上には最適な気泡排出のための孔サイズが存在することがわかった。

该研究主题旨在提出并展示一种使用蜂窝多孔体和纳米流体（浊度纳米颗粒的溶液）提高水电解效率的新方法。为了达到一个氢社会，需要一个廉价，高效且环保的氢生产过程。为了实现这一目标，重要的是要拥有一项可以通过使水电解和低压以微型化的水量来有效产生大量氢的技术。在先前的研究中，我们专注于沸腾和水电解的类比，并应用了蜂窝多孔体，申请人已经开发出来，以改善沸腾和冷却的极限，以提高水电解的限制。除此之外，申请人最近的一项沸腾研究还达到了一个有趣的发现，即将蜂窝多孔物体与纳米流体相结合可显着提高冷却极限超过三倍以上。实验后，将微通道在纳米颗粒沉积层内部自组织，以使直接在多孔蜂窝体下方形成的气泡很容易放电。因此，如果将使用蜂窝多孔体和纳米流体冷却技术的极端冷却技术组合在一起，并将其应用于水电解，则有可能在高电流密度下有效地生产氢。目前，我们目前正在开发一项技术，用于在电极表面上涂上纳米颗粒。我们计划今年衡量电极性能，并考虑已取得了多少性能提高。同时，我们还研究了一种通过电分析在镍线网格上产生电极的方法。由于电极表面积的电化学评估，发现允许气泡通过的孔（线网格）较小，甚至在低压下的性能越差，并且在低压下，弹出气泡的最佳孔尺寸与气泡。