水電解の評価技術

水電解とは

水電解とは、水素（H₂）と酸素（O₂）を製造する目的で水を電気分解することを指します。近年では水素が将来の有望な二次エネルギーとなるとの考えから、水から効率よく水素を製造する研究が行われています。

水電解技術は、再生可能エネルギー源と組み合わせて使用されることで、環境に優しい水素エネルギーの生産に貢献し、CO₂排出量の削減やエネルギーの持続可能性向上に寄与することが期待されています。

PEM形水電解とは

プロトン交換膜（PEM）を使用しており、正の電荷を持つイオンのみがカソードに移動できるようにします。この方法は、断続的なエネルギー源と組み合わせる場合に優れており、高いエネルギー効率と水素製造速度を実現します。また、電圧変動に対する迅速な応答性があり、環境調和型の水電解技術として期待されています。

AEM形水電解とは

陰イオン交換膜（AEM）を使用し、アルカリ性の電解液を用いることで高い電気分解効率を実現します。
AEM形は、生成水素の純度や安全性、入力電力負荷および間欠運転の制限を克服できるとされ、水素製造のシステムがシンプルでメンテナンスが容易な点が特徴です。

水電解セル構成部材の評価項目の例

• 評価項目	対象部材
  セル部材の試作	MEA、触媒層付拡散層、セパレータ
  電解性能評価	触媒、高分子膜、セパレータ、GDL、PTL
  電気化学評価、接触抵抗	セパレータ、GDL、PTL
  循環水、排水中における溶出成分の定量	セパレータ、GDL、PTL、触媒、高分子膜
  材料の酸化状態・深さ方向組成	セパレータ、GDL、PTL
  表面／断面観察	セパレータ、GDL、PTL、触媒、CCM、MEA
  三次元構造解析	GDL、PTL
  触媒の結晶性変化	触媒
  機械特性評価	GDL、PTL、高分子膜
  流体透過性評価	GDL、PTL

• 触媒の形態観察

  ULV-SEM、STEMなどを用いて水電解用触媒のnmスケールからμmスケールの形態を可視化します。

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  セパレータの適用性評価・劣化解析

  セパレータの適用性を簡便に評価します。

  

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• AEM形水電解の評価技術

  

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※ 光島ら　電気化学、90　(2)、136-138 (2022)

要素となる技術

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  化学分析

  ICP-MS、イオンクロマトグラフィーなど。

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  物理解析

  SEM、STEM、FE-EPMA、EDX、XRDなど。

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  機械的試験

  引張試験（恒温恒湿）など。