海流MHD発電・水素製造用新規電極の開発に向けた海水電解反応機構と磁場の影響解明

阐明海水电解反应机理和磁场影响，开发洋流磁流体发电和制氢新型电极

• 批准号: 22K14764
• 负责人: 青木 誠
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Ochanomizu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14764/
• 关键词: 海流MHD発電; 水素製造; 海水電解; 電極表面構造解析

本研究は、海洋再生可能エネルギーを活用した海流MHD（Magneto-Hydro-Dynamics）発電に着目し、海流MHD発電・水素製造用の新規電極の開発指針を得ることを目的としている。海流MHD発電中には海水の電気分解が進行しカソードで水素が発生するため、発電と同時に水素を製造することが可能である。しかし、アノードでは塩化物イオンが関与した副反応が進行し、有害物質発生や電極劣化などの問題を引き起こす。海流MHD発電・水素製造の実用化のためには、海水電気分解反応機構を解明し、水素発生効率向上および副反応の抑制を達成することが必須である。電極反応において重要なファクターである反応活物質の吸着サイトや吸着の強さは、電極表面の原子配列などの電極表面構造に依存する。そこで、白金単結晶電極を用いて3.5 % NaCl水溶液中で電気化学測定を行い、酸化および還元反応の電極表面構造依存性について検討を行った。その結果、Pt(111)に比べPt(100)の方が水素発生反応活性が高く、水素発生電極触媒としては高効率と言えるが、副反応によって生成した残留塩素濃度もPt(100)の方がわずかに高いことが分かった。また、海流MHD発電は強磁場下で進行するため、磁場が海水電気分解反応に影響を及ぼし、水素や有害物質の発生効率が変化すると考えられる。そこで、溶液中のイオンにローレンツ力が働くように設計したチャンネルフロー電気化学セルを使用し、3.5 % NaCl水溶液フロー・磁場印加条件下で電気化学測定を行い、水素発生効率の変化を観測した。

This study aims to explore the potential use of Magneto-Hydro-Dynamics (MHD) in ocean regeneration and to develop new electrodes for MHD generation and water production. The electrical decomposition of seawater in the current MHD generation process is possible due to the generation of electricity and the production of water. The problem of harmful substance generation and electrode degradation is caused by the development of harmful substances. It is necessary to understand the mechanism of seawater electric decomposition reaction, improve the efficiency of water generation and suppress the secondary reaction. The adsorption strength of reactive species depends on the atomic arrangement of electrode surface and electrode surface structure. Electrochemistry determination in 3.5% NaCl aqueous solution with platinum crystal electrode, acidification, and electrode surface structure dependence were discussed. As a result, Pt(111) has a higher activity than Pt(100), and a higher activity than Pt(100). The current MHD emission occurs under strong magnetic field, and the magnetic field affects the decomposition of seawater and the generation rate of harmful substances. In addition, in the presence of 3.5% NaCl aqueous solution, the electrochemical measurement was carried out under the condition of magnetic field.

项目成果

Study of Electrode Surface Structure for the Improvement of the Seawater Electrolysis Efficiency and Reaction Selectivity

提高海水电解效率和反应选择性的电极表面结构研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 細谷祥太;庄司 淳;伏見公志;北川裕一;長谷川靖哉;Makoto Aoki
• 通讯作者: Makoto Aoki