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1 緒 論 ナフィオン膜は代表的な固体高分子電解質であり,プロト ン伝導型の固体高分子膜型燃料電池や水の電気分解に応用が 検討されているが,安定性が課題となっている.燃料電池に ついてはナフィオン膜の安定性について種々の報告が行われ ている1-5).燃料電池への応用においてはナフィオン膜の安 定性の確保は重要な課題であり,分解挙動の解析とともに, 分解に至る機構についても種々の検討が行われている.燃料 電池への応用においてはナフィオンの安定性は加湿度の影響 が大きいことが知られているが,別の分解機構として,触媒 層におけるカーボンブラック上のPtで水の2電子還元を生 じ,H2O2が生成し,H2O2がナフィオン膜の分解に関与する ことも報告されている.気化したH2O2が膜と触媒層間に 拡散し,Fe2+などの不純物が存在するとOHラジカルが生成 し,ナフィオン膜を攻撃する機構でナフィオンは分解するこ とが報告されている3).一方,水電解へのナフィオン膜の応 用も行われているが9-11),水電解条件でのナフィオン膜の分 解挙動に関しては十分な検討は行われていないのが現状であ る.とくに,加圧下での,ナフィオン膜内に侵入した水によ る分解挙動は検討されていない. 前報では,ナフィオン117膜を用いた水の電気分解に及ぼ す加圧の影響を検討した12).加圧は化学平衡的にはエネルギ ー効率に対して負の効果を及ぼすものの,加圧により電解効 率はむしろ向上し,これは電解質であるナフィオン117の伝 導度が向上するためであることを明らかにした.そこで,短 期的には加圧はナフィオン膜を用いる水電解セルの定電流時 のセル電圧の低下という正の効果をもたらした.しかし,こ のような加圧された条件ではナフィオン膜の安定性について 大きな課題があり,長期的には種々の負の効果をもたらすと 推定される.とくに加圧下ではナフィオン膜は加水分解を受 けやすくなると考えられる.そこで,本研究ではナフィオン 膜を用いた水電解セルについて,圧力が長期的な定電流時の セル電圧に及ぼす影響を解明するとともに,ナフィオン117 の安定性に及ぼす影響の検討を目的とした. ― Article―

Effects of Pressure on Stability of Nafion Membrane under Water Electrolysis