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 current 気 dialysis (RED) の 発 electricity be used the に は salt points concentration difference エ ネ ル ギ ー (SGE) を high working rate な power へ variations in す る た め の (1) RED ス タ ッ ク の low resistance reduction (2) ス ペ ー サ ー の low resistance reduction (3) 1 価 sentaku permeability イ オ ン exchange membrane (IEM) が necessary と な る. は の purpose, this study (1) ~ (3) を and ね prepared え た IEM ス ペ ー サ ー function を have す る new rules プ ロ フ ァ イ ル イ オ ン exchange membrane (PF - IEM) を open 発 す る こ と で あ る. This year は, ス ル ホ ン change ポ リ エ ー テ ル ス ル ホ ン を S - (PES) with い た flat membrane CEM し, membrane resistance, the を cropping イ オ ン の sentaku sex determination を line っ た. ま た, city vendor IEM を with い て sag を have す る PF the IEM の cropping, RED 発 electrical ratings 価 セ ル の cropping and び characteristic evaluation 価 を line っ た. プ ロ フ ァ イ ル Yang イ オ ン exchange membrane (PF - CEM) and び プ ロ フ ァ イ ル Yin イ オ ン heat exchange membrane (PF - AEM) は プ レ ス に よ り cropping し た. PF membrane セ ル は, high concentration of lateral flow と low concentration side flow の ガ ス ケ ッ ト に PF - CEM と PF - AEM を そ れ ぞ れ group 込 み こ み cropping し た. 2 つ の に between electrode (Ag/AgCl) PF membrane セ ル を five heavy ね seaborne て small ス タ ッ ク (unseen membrane area of 30 / cm2, 5) seaborne と し た. Compared with と し て flat membrane で も with others in small ス な タ ッ ク を as し, こ の 2 つ の セ ル を 発 electrical ratings 価 device に meet 続 し, simulated seawater (0.5 M NaCl solution) と simulated river water (0.017 M NaCl solution を liquid flow させ, current-voltage (I-V) characteristic and び current-output (I-P) characteristic <s:1> determination を row った. The <s:1> <s:1> is used to evaluate the internal resistance of the 価 device <e:1> and the maximum output density of the びRED power generation をそれぞれ to calculate the <s:1> た. PF - IEM を with い た occasions, flat membrane と comparison す る と internal resistance は 31% し, maximum output on high density は 45% い numerical を た. こ れ は PF - IEM を use す る こ と で 従 using の low concentration side flow ス ペ ー サ ー ネ ッ ト が don't に な り low internal resistance が reduction さ れ, 発 electricity output が upward し た と exam え ら れ る.