アニオン交換膜 (AEM) 型水電解技術の研究動向と今後の展望

第1部 アニオン交換膜 (AEM) 型水電解技術の基礎、AEMの現状、課題と今後の展望

(2024年11月7日 10:00〜12:00, 13:00〜14:00)

　2050年カーボンニュートラルの実現に向け、水素、特に製造時に二酸化炭素の発生を伴わない「グリーン水素」の需要が高まっています。再生可能エネルギー由来の電力を用いた水電解 (水の電気分解) は有力な水素製造技術ですが、従来の水電解技術であるアルカリ水電解やプロトン交換膜型水電解は、効率や安全性が低い、あるいは製造コストが高いなどの課題がありました。このような背景のもと、近年世界的に注目を集めているのが、「アニオン交換膜 (AEM:Anion Exchange Membrane) 型水電解技術」です。 　本講座では、AEM型水電解の基礎から、アニオン交換膜、電極触媒、多孔質輸送層 (ガス拡散層) などの要素技術の現状と課題、今後の展望まで、最先端の研究や講師の研究成果なども交えながら解説します。

1. カーボンニュートラルと水素エネルギー
   1. カーボンニュートラルに向けた水素エネルギーの意義
   2. 水素エネルギー関連技術 (燃料電池ほか)
   3. 水電解技術の必要性
2. 水電解技術の基礎
   1. 水電解の理解を助ける電気化学の基礎
   2. 水電解の種類・構造
   3. アルカリ水電解とプロトン交換膜型水電解
3. アニオン交換膜 (AEM) 型水電解
   1. 原理と特徴
   2. 研究開発の歴史と最近の動向
   3. 電解セルの構成と要素技術の概要
4. アニオン交換膜 (AEM) の基礎
   1. 市販AEMおよびAEMの基本分子構造
   2. AEMの合成・作製
   3. AEMの評価方法
5. アニオン交換膜 (AEM) の現状と課題
   1. AEMの劣化・分解プロセス
   2. 安定性向上に向けた取り組み
   3. 伝導度向上に向けた取り組み
   4. 最近の新たな研究動向
6. 触媒層用アニオン伝導性アイオノマーの要求特性と課題
   1. アニオン伝導性アイオノマーの要求特性と課題
   2. アニオン伝導性アイオノマーに関する研究例
7. まとめ
   1. AEM型水電解技術の将来展望
   2. カーボンニュートラルの実現に向けて
• 質疑応答

第2部 炭化水素系アニオン交換電解質膜と非貴金属触媒を用いたアニオン交換膜水電解セルの開発

(2024年11月7日 14:10〜15:10)

　アニオン交換膜水電解 (AEMWE) は、系内がアルカリ性であるため非貴金属触媒の使用が可能であり、プロトン交換膜水電解 (PEMWE) と同様に膜電極接合体 (MEA) 構造を有するため高電流密度化のポテンシャルを有しており、触媒やセパレータなどの非貴金属化による低コスト化と高電流密度化の両立が期待されている。 　本講座では、山梨大学で独自開発した触媒とアニオン電解質材料を用いたAEMWEセルを、種々の実用を模擬した条件で評価した性能と耐久性を紹介し、将来の方向性と今後の展開について解説する。

1. 研究背景:各種水電解方式の利点と作動条件
2. 山梨大学におけるアニオン交換膜水電解 (AEMWE) セル技術のご紹介
   1. AEMWE:MEA構成評価条件&結果リスト
   2. 単セル評価装置、PTL/GDL検討
   3. アノード触媒性能評価
   4. 各種開発膜&バインダーの電解性能検証
   5. 両極貴金属フリーセル (カソード非貴金属触媒評価)
3. AEMWE将来の方向性と今後の展開
4. まとめ
• 質疑応答

第3部 AEM (アニオン交換膜) 水電解水素発生装置の紹介と適用事例

(2024年11月7日 15:20〜16:20)

　アルカリ水電解とPEM水電解双方の長所を兼ね備えたAEM水電解装置の特徴を説明します。Enapter社のAEMについて特長、適用事例、今後の展望などご紹介します。

1. Enapter社紹介
2. 水電解装置の主な種類と特徴
3. AEMとPEMの比較
4. Enapter社のAEMの特長
   1. Scope3に対応した生産体制
   2. モジュール構造による多重化
   3. 充実した監視機能
   4. 納入実績・適用事例
   5. デモ機の紹介
5. 日本でのサービス体制
   1. 三國機械工業の紹介
• 質疑応答