水電解
Water electrolysis
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水電解の研究概要 / Research about Water Electrolysis
再生可能エネルギーの普及に伴い、電力を一時的に蓄える技術が求められています．本研究では、水素としてエネルギーを貯蔵する際に必要な水の電気分解に注目し、高効率化を目指しています．3次元の気液二相流、電気化学、電磁界の連成シミュレーションや、磁場を利用した水電解の実験を通じて、より効率的なエネルギー貯蔵技術の開発に取り組んでいます．
With the expansion of renewable energy, efficient temporary energy storage is becoming increasingly important. This research focuses on water electrolysis, a key process for storing energy as hydrogen. We aim to improve efficiency through 3D multiphase flow, electrochemical, and electromagnetic simulations, as well as experiments on magnetically enhanced water electrolysis.
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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