水電解
Water electrolysis
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水電解の研究概要 / Research about Water Electrolysis
水電解：クリーンな水素社会を拓く
地球温暖化対策の切り札として，再生可能エネルギーで生み出すクリーンな水素が注目されています．水素社会の実現には，水を電気分解して高効率に水素を取り出す水電解技術の革新が不可欠です．特にアルカリ水電解装置では，電気化学反応，気液二相流，イオン輸送が複雑に絡み合い，その効率向上が課題です．当研究室では，これら現象の連成シミュレーションに加え，磁場印加による電解効率の向上，さらにはライトフィールドカメラを用いた気泡の三次元分布計測と制御など，最先端のアプローチで水電解の内部現象を深く解明しています．これにより，クリーンな水素を大量かつ安価に供給する持続可能な社会の実現を目指します．
Water Electrolysis: Paving the Way for a Clean Hydrogen Society
As a key solution to global warming, clean hydrogen produced from renewable energy sources is gaining significant attention. Innovating water electrolysis technology, which efficiently extracts hydrogen from water, is essential for realizing a hydrogen society. Especially in alkaline water electrolyzers, the complex interplay of electrochemical reactions, gas-liquid two-phase flow, and ion transport poses a challenge to improving efficiency. Our laboratory employs cutting-edge approaches to deeply unravel the internal phenomena of water electrolysis. This includes coupled simulations of these phenomena, research into improving electrolysis efficiency by applying magnetic fields, and 3D bubble distribution measurement and control using light-field camera technology. Through these efforts, we aim to achieve a sustainable society where clean hydrogen can be supplied in large quantities and at low cost.
代表的な研究論文発表/Representative Research Papers
アルカリ水電解の
電気化学-二相流-イオン輸送連成解析
アルカリ水電解槽中では，電極における電気化学反応で気泡が液中に発生し，気泡が含まれる電解液中をイオンが拡散・電気泳動することで反応が進行する，電気化学と気液二相流とイオン輸送が互いに影響し合う複雑な系です．そこで電気化学と気液二相流とイオン輸送の全てを連成させたシミュレーションにより，高性能化に向けた内部現象の解明を行っています．
In an alkaline water electrolyzer, bubbles are generated by electrochemical reactions at electrodes, and reactions proceed by diffusion and electrophoresis of ions in the electrolyte containing the bubbles. Therefore, we are investigating the internal phenomena for higher performance by simulating the coupling of electrochemistry, gas-liquid two-phase flow, and ion transport.
International Journal of Hydrogen Energy, Vol.46, No.71 pp.35088-35101 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.08.101
磁場印加型アルカリ水電解
アルカリ水電解の高性能化の手法として電解槽への磁場印加を検討しています．電解槽に磁場を印加することで電解液中にローレンツ力が発生し，電解液濃度の均一化と電極からの気泡の剥離による電解効率の向上が確認できました．
We are investigating the application of a magnetic field to an electrolyzer as a method for improving the performance of alkaline water electrolysis. The application of a magnetic field to the electrolyzer generates Lorentz force in the electrolyte, which results in uniformity of electrolyte concentration and improved electrolysis efficiency due to detachment of bubbles from the electrodes.
電気学会論文誌B, Vol.142, No.3 pp.199-204 https://doi.org/10.1541/ieejpes.142.199
ライトフィールドカメラによる3D気泡分布計測
3D Bubble distribution measurement with LFC
水の電気分解では気泡分布の計測/制御が高性能化にあたり重要となります．しかし，電解槽中の気泡分布の計測は困難であり，3次元計測はステレオカメラなどの従来手法が使用困難であることから特に困難となっておりました．本研究では，ライトフィールドカメラを使用することで，ステレオカメラを使用すること無く，液中の気泡の3次元分布を計測する手法を検討しました．
In water electrolysis, measurement and control of bubble distribution is important to achieve high performance. However, measuring the distribution of bubbles in an electrolyzer is difficult, and three-dimensional measurement is particularly difficult because conventional methods such as stereo cameras cannot be used. In this study, we investigated a method to measure the three-dimensional distribution of bubbles in a liquid using a light-field camera without using a stereo camera.
IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering
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