高出力・高効率を有する塩分濃度差エネルギー変換セル用新規イオン交換膜の創製

新型离子交换膜高输出高效率盐度差能量转换电池的研制

• 批准号: 22K12444
• 负责人: 垣花 百合子
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12444/
• 关键词: 1価選択性イオン交換膜; 塩分濃度差エネルギー; 高出力・高効率; 1価選択透過性イオン交換膜

逆電気透析（RED）発電の実用化には塩分濃度差エネルギー（SGE）を高効率な電力へ変換するための①REDスタック抵抗の低減②スペーサー抵抗の低減③1価選択透過性イオン交換膜（IEM）が必要となる。本研究の目的は、①～③を兼ね備えたIEMスペーサー機能を有する新規プロファイルイオン交換膜（PF-IEM）を開発することである。本年度は、スルホン化ポリエーテルスルホン（S-PES）を用いた平膜CEMを作製し、膜抵抗、イオン選択性の測定を行った。また、市販IEMを用いて凹凸構造を有するPF-IEMの作製、RED発電評価セルの作製及び特性評価を行った。プロファイル陽イオン交換膜（PF-CEM）及びプロファイル陰イオン交換膜（PF-AEM）は熱プレスにより作製した。PF膜セルは、高濃度側流路と低濃度側流路のガスケットにPF-CEMとPF-AEMをそれぞれ組込みこみ作製した。2つの電極（Ag/AgCl）間にPF膜セルを5対重ねて小型スタック（有効膜面積30cm2/、5対）とした。比較用として平膜でも同様な小型スタックを作製し、この2つのセルを発電評価装置に接続し、模擬海水 （0.5 M NaCl溶液）と模擬河川水（0.017 M NaCl溶液）を通液させ、電流-電圧（I-V）特性及び電流-出力（I-P）特性の測定を行った。この値からRED発電評価装置の内部抵抗及びRED発電最大出力密度をそれぞれ算出した。PF-IEMを用いた場合、平膜と比較すると内部抵抗は31%減少し、最大出力密度は45%高い値を得た。これはPF-IEMを使用することで従来使用の低濃度側流路スペーサーネットが不要になり内部抵抗が低減され、発電出力が向上したと考えられる。

Reverse Electrodialysis (RED) is used to generate electricity. It is necessary to reduce the resistance of RED by reducing the concentration difference (SGE) and the efficiency of electric power conversion. The purpose of this study is to develop new PF-IEM (PF-IEM) with both IEM and IEM functions. This year, we will conduct the measurement of membrane resistance and selectivity by using flat membrane CEM. PF-IEM operation, RED emission evaluation and characteristic evaluation are carried out in the application of the bump structure. The PF-CEM and PF-AEM are heat exchange membranes. PF-CEM and PF-AEM are the two main components of PF membrane, high concentration side channel and low concentration side channel. 2. The PF film between electrodes (Ag/AgCl) is 5 pairs in weight and small in size (with film area of 30 cm2/5 pairs). For comparison, the measurement of current-voltage (I-V) characteristics and current-output (I-P) characteristics was carried out for the same type of small-sized film, the same type of film, the same type of film, and the same type of film. The internal resistance and maximum output density of the RED emission evaluation device are calculated. PF-IEM is used in applications where the internal resistance of the flat membrane is reduced by 31% and the maximum output density is increased by 45%. The PF-IEM is used to reduce the internal resistance and increase the output of the low concentration side flow path.