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論文

Solid polymer electrolyte water electrolysis systems for hydrogen production based on our newly developed membranes, 1; Analysis of voltage-current characteristics

澤田真一; 八巻徹也; 前野武史*; 浅野雅春; 鈴木晶大*; 寺井隆幸*; 前川康成

Progress in Nuclear Energy, 50(2-6), p.443 - 448, 2008/03

https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2007.11.029

被引用回数：48 パーセンタイル：93.84(Nuclear Science & Technology)

架橋ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)電解質膜を用いて固体高分子型水電解を行った。イオン交換容量3.6meq/gの架橋PTFE電解質膜を組み込んだセルを温度5080 $^{circ}$ C,相対湿度95%の環境下におき、これに1.42.5Vの一定電圧を加えることで水電解を行った。電圧とともに電解電流は上昇し、また高温ほど大きな電流が得られた。電流密度の最大値は、温度80 $^{circ}$ C,電圧2.5Vのときの50mA/cm $^{2}$ であった。電圧-電流特性を解析することにより、水電解性能は膜-電極の界面抵抗に大きく左右されることがわかった。

口頭

架橋ポリテトラフルオロエチレン電解質膜におけるプロトン伝導メカニズムの検討

澤田真一; 前野武史*; 八巻徹也; 浅野雅春; 寺井隆幸*; 吉田勝

no journal, ,

架橋密度の異なる架橋ポリテトラフルオロエチレン電解質膜を調製し、これらのプロトン伝導度をACインピーダンス法によって測定した。その結果、高密度架橋の膜ほど高い伝導度を示すことが明らかとなった。これは、架橋構造が含水による膜の膨潤を抑制し、プロトンの濃度を高めたことに起因すると考えられる。このように低含水の架橋電解質膜においては、膜内の水はスルホン酸基に強く束縛されているため、プロトンが水を伴わずに動くグロッタスメカニズムによる伝導が優先的に起こることが示唆された。

口頭

架橋テフロン電解質膜のプロトン伝導特性における架橋構造の影響

澤田真一; 前野武史*; 八巻徹也; 浅野雅春; 寺井隆幸*; 吉田勝

no journal, ,

本研究では、異なる架橋密度を持つ架橋テフロン電解質膜を調製し、架橋構造がプロトン伝導特性に及ぼす影響を調べた。イオン交換容量が同程度の場合では、テフロン基材の架橋密度が高いほど、伝導度は大きくなることがわかった。このような伝導特性を説明するために、含水による膜の寸法変化を考慮したうえで、単位体積あたりのプロトンの個数、すなわちプロトン濃度nを求めたところ、nは架橋密度とともに上昇するという、伝導度と同様の傾向を示した。以上の結果から、高密度の架橋構造は電解質膜の寸法安定性を高め、これによりnが大きくなったことが伝導度の向上に寄与したと考えられる。

口頭

架橋ポリテトラフルオロエチレン電解質膜におけるプロトン伝導機構

澤田真一; 前野武史*; 八巻徹也; 浅野雅春; 寺井隆幸*; 前川康成

no journal, ,

イオン交換容量2.32.4meq/gの未架橋、130, 600kGy架橋PTFE電解質膜を温度80 $^{circ}$ C,相対湿度(R.H.)7095%の環境下に保持し、ACインピーダンス法によりプロトン伝導度を測定した。は架橋線量が高い膜ほど大きくなり、R.H.95%に保った600kGy架橋電解質膜において最大値0.20S/cmに達した。このような伝導特性を検討するために、膜内の正味の伝導経路におけるプロトン濃度nとプロトンの易動度を求めた。nが上がるとともにが低下したことから、スルホン酸基の解離度の減少,プロトンどうしの相互作用の増大が電解質膜のプロトン伝導に強く影響することがわかった。同程度のnで比較すると、架橋線量が高いほどが大きくなる傾向が見られた。このことから、架橋PTFE電解質膜においては、架橋密度が高くなるほどプロトンの伝導が促進されるという特異な伝導機構が働いており、これが向上の本質的な理由であると考えられる。

口頭

固体高分子型燃料電池用架橋PTFE電解質膜のプロトン伝導メカニズム

澤田真一; 前野武史*; 八巻徹也; 浅野雅春; 寺井隆幸*; 前川康成

no journal, ,

架橋密度の異なる架橋PTFE電解質膜の伝導度を、温度80 $^{circ}$ C,相対湿度(R.H.)7095%の環境下において測定した。伝導度はすべての膜でR.H.とともに上昇した。同じR.H.下で比較すると、架橋線量が高いほど大きな伝導度を示し、その最大値はR.H.95%に保った600kGy架橋電解質膜の0.20S/cmであった。このような伝導特性を詳細に検討するため、膜内の親水性領域におけるプロトンの濃度nと易動度の関係を求めたところ、同程度のnでは架橋密度の高い膜ほどは大きくなった。このことから、高密度架橋構造によりプロトンの輸送が促進される伝導メカニズムが働くことがわかった。

口頭

架橋PTFE電解質膜を用いた固体高分子型水電解システムの特性解析; 電極反応と膜内輸送のモデル化

澤田真一; 八巻徹也; 前野武史*; 浅野雅春; 鈴木晶大*; 寺井隆幸*; 前川康成

no journal, ,

架橋ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)電解質膜を用いて固体高分子型水電解を行った。電解質膜を用いてセルを組み立て、このセルに5080 $^{circ}$ Cの水蒸気を供給しつつ、1.4-2.5Vの定電圧を印加することで水電解を行った。Butler-Volmer式に基づく電極反応過電圧,膜抵抗及び接触抵抗に比例する過電圧を考慮したモデルにより、得られた電圧-電流特性を解析した。その結果、水電解性能を決定する因子は、アノードの交換電流密度と接触抵抗の二つであることがわかった。