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

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。

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。