水電解による水素製造の最適条件モデル化(沸騰現象との類似性)

水电解制氢的最佳条件建模（类似于沸腾现象）

• 批准号: 12750157
• 负责人: 永井 二郎
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: University of Fukui
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750157/
• 关键词: 水の電気分解; 水素システム; 気泡; ボイド率; 水電解セルのモデル化; 局所電流密度; 気液二相流; 気泡上昇速度

水電解による水素製造効率は、電極間の発生気泡の影響を受ける。すなわち、電極間隔が狭くなると、基本的には電解液の電気抵抗ロスが減少し効率は上昇するが、発生気泡の増大は電極間ボイド率を上昇させ電気抵抗が増大するために、電極間隔には最適条件が存在する。昨年度は、この水電解セルの第1次近似的な物理モデルを構築し、その検証を目的として局所電流密度を測定し、モデルの妥当性を確かめた。本年度は、物理モデルの改良を目的として実験等を行い、以下の知見を得た。1.【水電解の最適条件を求める実験】昨年度と同様に種々のパラメータ(電解液温度と濃度、電極間隔、電流密度)を細かく変化させてアルカリ水電解の最適条件を実験的に求めた。その結果、電流密度の増大に伴い最適電極間隔も増大することを実験的に確かめた。また、最適間隔より狭くなると、電極間ボイド率が非常に大きくなり、電気分解が事実上不可能となる電極間隔が存在することも分かった。2.【発生気泡に関する情報の取得】発生気泡の直径およびその上昇速度については、デジタルビデオカメラあるいはスチルカメラによる撮影と画像処理により測定できた。電流密度が高く、電解液濃度が低く、電解液温が高いほど、気泡上昇速度が大きいことが分かった。気泡の直径(約0.01mm〜0.8mm)については、電流密度が増大すると、合体により直径分布は大直径側へシフトしていくことが分かった。問題点としては、電極間隔が狭い場合(最適間隔近辺)には、ボイド率が非常に大きいため、上昇速度や気泡直径の測定が出来なかったことが挙げられ、今後の課題である。3.【物理モデルの再検討】昨年度構築し今年度改良を行った水電解セルの物理モデルは、1.で述べた実験結果を定性的に説明できることを確かめた。また、2.で得られた気泡の上昇速度や気泡直径の情報により、物理モデルがより改善される可能性を確認した。

The water electrolysis efficiency is affected by the generation of bubbles between electrodes. When the electrode spacing is narrow, the basic electrolyte resistance decreases, the efficiency increases, the bubble generation increases, the electrode spacing increases, and the optimum condition exists. In the past year, the first approximation of water electrolysis has been established, and the purpose of the test has been to determine the current density of the water electrolysis. This year, the following observations have been made regarding the implementation of the objective of improving the physical environment. 1. The optimum conditions for water electrolysis are determined by the following parameters: electrolyte temperature, concentration, electrode spacing and current density. As a result, the increase of current density is accompanied by the increase of optimal electrode spacing. The optimum spacing is narrow, the electrode gap is very large, and the electrode gap is impossible to decompose. 2. [Acquisition of information related to bubble generation] Diameter of bubble generation and rising speed of bubble generation and measurement of image processing Current density is high, electrolyte concentration is low, electrolyte temperature is high, bubble rising speed is high, and the temperature is low. The diameter of the bubble (about 0.01mm ~ 0.8mm) increases, the current density increases, and the diameter distribution increases. The problem is that when the electrode spacing is narrow (the optimum spacing is close), the electrode ratio is very large, the rising speed and the bubble diameter are measured, and the future problems are discussed. 3. [Physical Review] Yesterday's construction and this year's improvement of water electrolysis physical review, 1. The results of the qualitative review, 2. 2. Information on bubble rise speed and bubble diameter was obtained, and the possibility of physical bubble improvement was confirmed.

项目成果

N.Nagai et al.: "Existence of Optimum Space between Electrodes on Hydrogen Production by Water Electrolysis"International Journal of Hydrogen Energy. (掲載予定). (2002)

N. Nagai 等人：“水电解制氢中电极之间的最佳空间的存在”《国际氢能杂志》（即将出版）。