Development of cation exchange membrane for hydrogen production

水素製造のためのカチオン交換膜の開発

小平 岳秀*; 池田 歩*; 松山 絵美*; 河野 伸輔*; 大浦 琴音*; 澤田 真一; 八巻 徹也; 野村 幹弘*

Kodaira, Takahide*; Ikeda, Ayumi*; Matsuyama, Emi*; Kono, Nobuho*; Oura, Kotone*; Sawada, Shinichi; Yamaki, Tetsuya; Nomura, Mikihiro*

熱化学水素製造法ISプロセスでは、膜ブンゼン反応(SO + I + 2HO = HSO + 2HI)を実現し、その効率向上を図ることが急務である。膜ブンゼン反応におけるHI濃縮性能の低下は膜内水の移動によって起こることから、本反応に用いるイオン交換膜には水透過を抑制する特性が要求される。そこで本研究では、放射線グラフト重合法によって膜ブンゼン反応用のイオン交換膜を作製し、その水透過流速をパーベーパレーション試験により調べた。イオン交換膜の作製は、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体膜を基材として、スチレンとジビニルベンゼン(DVB)の線グラフト共重合によって行った。同じ含水率(37%)の下で比較すると、グラフト重合によるイオン交換膜の水透過流束は7.4kg/mhで、ナフィオンの19kg/mhと比較して半分以下であった。DVBによる化学架橋が水の透過抑制に有効に働くことが明らかになった。

In the thermochemical water splitting IS process, the Bunsen reaction (SO + I + 2HO = HSO + 2HI) needs to be achieved in an electrochemical cell with an ion exchange membrane. As part of an ongoing JST-ALCA project, therefore, we developed ion exchange membranes for this reaction by radiation-induced graft polymerization, investigating their water permeation properties by the pervaporation method. Our membrane preparation involves the -ray-induced grafting of styrene and divinylbenzene into poly(ethylene--tetrafluoroethylene) films and the subsequent sulfonation. Water permeate flux values at 25C were 7.4 and 19 kg/mh through the grafted membrane and Nafion 212 at the same water uptake (37%), respectively.