Solid polymer electrolyte water electrolysis systems for hydrogen production based on our newly developed membranes, 2; Improvement in electrolysis efficiency by membrane-electrode assembling process

新規電解質膜を用いた水素製造用固体高分子型水電解システム,2; 膜・電極接合プロセスによる電解効率の向上

八巻 徹也; 澤田 真一; 浅野 雅春; 寺井 隆幸*; 前川 康成

Yamaki, Tetsuya; Sawada, Shinichi; Asano, Masaharu; Terai, Takayuki*; Maekawa, Yasunari

われわれが、放射線化学的な方法により新規に開発した電解質膜は、イオン交換容量が任意に制御可能であり、従来膜ナフィオンと比較して高いプロトン伝導度を示す。本研究では、この電解質膜を用いてホットプレス法で膜・電極接合体(MEA)を作製し、それを組み込むことにより水電解システムの高効率化を図ったので報告する。MEAの作製は、白金担持の炭素電極で電解質膜を挟み、圧力0.20Pa,温度60Cで10分間ホットプレスすることで行った。ホットプレスにより、界面におけるオーム抵抗が大幅に低減し、電解電流は向上する傾向が確認された。結果として、電流密度8mA/cm下で78%という高いエネルギー効率を達成することができた。

We report herein the fabrication of membrane/electrode assemblies (MEAs) for efficient water electrolyzers based on our original fluoropolymer electrolyte membranes with variable ion exchange capacities. The MEAs with a well-defined interface were fabricated by hot-pressing the Pt-loaded carbon electrode/electrolyte membrane/Pt-loaded carbon electrode sandwich structure. Mostly, the hot-press applying a compaction pressure of 0.20 Pa at 60C for 10 minutes provided apparently good MEAs in a reproducible fashion although the membrane with the highest ion exchange capacity (3.6 meq g) failed to be manufactured due to a mechanical reason, i.e., its brittleness. The obtained findings undoubtedly indicate that the hot-press results in the markedly improved interface, thereby decreasing largely the ohmic overpotential. We were able to obtain the voltage-current characteristic comparable to the electrolyzer based on the commercially-available membranes; the energy efficiency was calculated to be 78% at a current density of 8 mA cm.