PEM形水電解の評価技術

試作・性能評価試験

お客様より支給いただいた部材を用いて水電解セル（セパレータ、CCM（触媒層付き膜）、MEA（膜・電極接合体））を試作します。

各種セル構成部材（セパレータ、触媒、PTL（多孔質輸送層）、高分子膜）を用いた電解試験が可能です。様々な種類の水電解セルを用いて、評価対象部材に合わせた性能評価試験を提案します。さらに、試験中に溶出した微量成分の化学分析、インピーダンス測定によるセル抵抗も評価します。

1）光島ら， 電気化学， 90（2）， 136-158（ 2022）．

• PEM水電解セル構成部材の例（当社標準）

  CCM （触媒層付き膜）	プロトン交換膜：Nafion 117 アノード側触媒：IrO2 カソード側触媒：Pt/C
  拡散層	アノード側PTL（多孔質輸送層）：Pt めっきTi 繊維体 カソード側GDL（ガス拡散層）：カーボンペーパー
  セパレータ	Au めっきTi

• 水電解セル性能評価結果（i-V 測定）

  

  定電流での耐久試験前後で水電解セルのi-V測定を実施した結果、セル性能に変化は認められませんでした。

触媒の形態観察

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。

水電解触媒の表面観察

極低加速電圧走査電子顕微鏡（ULV-SEM）を用いて水電解のアノード触媒（IrO₂など）、カソード触媒（Pt/C など）の微細形態やアイオノマーの分布を可視化できます。
例えば、インレンズ反射電子検出器を用いることで、アノード側CCM 上のIrO₂（明）、アイオノマー（中間）、空隙（暗）をコントラストで識別でき、触媒粒子周辺の微細構造を高空間分解能で観察できます。

アノード側　IrO2 触媒層のナノレベル微細形態観察

走査透過電子顕微鏡（STEM）を用いてIrO₂スラリー中のIrナノクラスターやIr単原子を明瞭に可視化します。
この他、カソード側のPt/C触媒とアイオノマーの観察・分析も可能です。

BF像（左図）では確認しにくい単原子レベルのIrナノクラスターをADF像（中央図）では可視化できています。
高分子膜の分子鎖と考えられるコントラストの中にIrクラスターが分散していることが確認できます（右図）。

※環状暗視野（ADF：Annular Dark Field） ※明視野（BF：Bright Field）

GDL、PTLの機械特性評価

セル締付時の状況を模擬し、GDLやPTLのばね性（へたり）、侵入量、流体透過性を評価します。

GDL、PTLのばね性（へたり）評価、侵入量評価

ばね性（へたり）評価では、GDLまたはPTL 圧縮時における厚さ変化や除荷時の復元量を測定します。
侵入量評価では、圧縮時においてGDLまたはPTLがセパレータ流路に入り込んだ時の侵入量を測定します。

GDL、PTLの流体透過性評価

流体透過性評価では、GDL、PTL 中の水、酸素、水素などの透過量を測定します。
空隙率の違いによる流体透過性の差を明らかにします。

水電解セル構成部材の評価項目の例