プロトン伝導性ナノ酸化物を用いた水電解による水素製造の研究

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水素エネルギーシステムの実現に向けて、燃料電池(水素から電気をつくる)と対をなす水電解(電気から水素をつくる)の技術開発が必要である。本研究開発では、界面プロトン伝導による高伝導性ナノチタニア電解質を利用して水電解装置の研究開発を行う。電極触媒が、水電解の電極反応を起こすためには水/電解質/電極触媒/気相(水素もしくは酸素)が共存する反応場が必要である。電解質および集電層と組み合わせることで、電解セルを構成することができる。このような構造のガス拡散電極をいくつかの方法で調製した。また、電極触媒には、白金担持カーボンPt/Cを用いた。カーボンおよびテフロン分散液と混合し、乾燥したものを用いた。また、集電層と電極触媒とをあわせたものとして、エレクトロケム社製白金担持カーボン付きカーボンペーパーを用いても検討を行った。電解質として含水酸化チタンを400℃で熱処理したものが水電解に適した材料であることが確認できたため、以下の電解セルの試験では、400℃で熱処理をした含水酸化チタンを用いることとした。(HT400)HT400はプロパノールを分散媒として10wt%の高分子バインダー(ナフィオン)と混合し、拡散電極に塗布して乾燥し、このように作成した電極と電解質の集合体を電解質が接するように貼り合わせ、120～200℃でホットプレスすることで作成した。このように作成した電解セルは作動することが確認でき、電解セルの作成技術についても技術的な確立を達成できたと考えている。開発を行った水電解セルを用いて行った電解試験の結果は作動温度を60℃とした時の電流電圧曲線であり、電極触媒に白金担持カーボンPt/Cを用いた場合、電解開始電圧が約1.2V、50mA/cm^2の電流密度における電解電圧が約1.6Vと、目標値(電解開始電圧1.5V以下、電解電圧1.8V以下)を大きく下回った良好な値を示している。