水素を大量に作れる新材料、再エネ水素製造の低コスト化に貢献

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産業技術総合研究所の研究グループが、水の電気分解で従来よりも水素を大量に製造できる電極材料を開発しました。節電・蓄電・発電の最新ニュースを発信しているスマートジャパンの許可を得て記事を要約し、再生可能エネルギーを活用した水素製造時のコストを低減し、水素社会実現の促進に貢献する技術についてお伝えします。

産業技術総合研究所は2016年11月９日、固体酸化物形電解セル（SOEC）に用いる、水素を大量に合成できる陽極材料を開発したことを発表した。水素ステーション用などの水素製造装置に適用でき、電解装置をコンパクトにできるなどのメリットがある。

水の電気分解による水素製造技術としては固体高分子形やアルカリ形があるが、作動温度が低く電解電圧が高いため、エネルギー変換効率に限界がある。SOECを用いた高温での水蒸気電解は、電解電圧が低く無駄なく熱を利用でき、水素製造に必要なエネルギーを20～30％削減できる。

課題は、セル面積当たりの水素製造量が少ないこと。原因の１つは陽極での反応時に生じる大きな抵抗で、従来の陽極材料では電解電流密度に限界が生じていた。そこで、電流密度の高い材料の開発に取り組んだ。

SOECの陽極は、電気伝導率が高く電極抵抗が小さいほど、高い電流密度が得られる。電子伝導性のペロブスカイト型構造材料が使用され、イオン伝導性材料と複合化して電極内に電子とイオンそれぞれの伝導経路を形成すると同時に、反応する点を増やすことにより電極抵抗を低減させている。

開発した陽極は、高電子伝導性であるサマリウムストロンチウムコバルタイトと、サマリウム添加セリアの一次粒子をナノレベルで均質化させたナノ複合構造の二次粒子。噴霧熱分解法による製造プロセスで合成した。

この材料を用いて高温水蒸気電解を行ったところ、電解電流密度は１平方センチメートルあたり2.3アンペア（750℃、電解電圧1.3ボルト）と、既存技術の２～10倍を記録した。実用化の目安を上回っており、電解装置を従来よりもコンパクトにできる。

電解水素の合成速度は、固体高分子形やアルカリ形と比べ、セル面積当たり２倍以上を達成。大量の水素製造が可能で、再生可能エネルギーを活用した水素製造時のコスト削減に貢献できる。今後は実証試験を行うなど、実用化に向けた研究開発を進めていく。

出典：スマートジャパン