水電解用二極式電解槽および高効率触媒を開発 －昇温条件でも高活性な触媒、カーボンニュートラルに貢献－

　188博金宝,188博金宝网页大学院創成科学研究科（工学系学域）中山雅晴教授と地方独立行政法人山口県産業技術188博金宝,188博金宝网页の中邑敦博研究員らの研究グループは、水の電気分解において、工業電解を想定した電解槽と高効率触媒の開発に成功しました。
　化石燃料の枯渇や地球温暖化に対する懸念から、カーボンニュートラルは世界全体にとっての喫緊の課題になっています。この課題の前提となるのが水素社会の構築です。水素社会では、水の電気分解(2H₂O→2H₂+O₂)によってグリーン水素を製造することが望まれます。つまり、現在主流の水素製造技術では、化石資源が原料になっているため大量のCO₂が発生しますが、水電解ではその心配はありません。電力源に再生可能エネルギー（太陽光、風力など）を利用すれば、製造過程でCO₂を排出しないだけでなく、間欠性の再生可能エネルギーを水素として貯蔵することになります。貯蔵した水素を、内燃機関や燃料電池に利用すれば、CO₂フリーなエネルギーを獲得できます。
　水素社会実現のため、世界中で水素製造コストを下げる努力がなされています。そのキーテクノロジーの一つが、水の電気分解に使用される電極（触媒）の高性能化です。陰極での水素発生反応、陽極での酸素発生反応に使用される電極（触媒）として、白金やルテニウム、イリジウムなどの貴金属がよく知られていますが、その希少性やコストに問題があります。このため、貴金属を用いない遷移金属の酸化物、水酸化物、層状複水酸化物による電極（触媒）の開発が盛んに行われています。しかし、これらは室温およびビーカースケールでの実験がほとんどであり、工業レベルの電流密度や昇温条件での情報は限定的です。
　本研究グループでは、工業電解を想定した二極式電解槽を開発し、昇温条件における電極（触媒）の性能評価を可能としました。また、二極式電解槽に適応可能な高効率触媒（ニッケル、スズ、鉄からなるバインダーフリーの複合体）を開発し、水電解の省電力化に成功しました。
　この研究成果は、アメリカ化学会の専門誌「The Journal of Physical Chemistry C」に公開されています。

プレスリリース全文はこちら

図1．開発した電解槽の構造と触媒の表面形態

図2．指示温度の30wt% KOH溶液中で記録された開発触媒の電解槽と未修飾ニッケルの電解槽におけるセル印加電流密度とセル電圧との関係

論文情報

• 論文題目：Water splitting in alkaline electrolytes at elevated temperatures using Nickel-, Tin-, and Iron-coated electrodes
• 著　者：Nobuhiro Nakamura, Maho Yamaguchi, Masaharu Nakayama*
• 掲載誌：The Journal of Physical Chemistry C
• D O I：https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c02617