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

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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。