太陽光水素生成と電池発電を繰り返し行える新しいエネルギーサイクルを開発名古屋工業大学

名古屋工業大学大学院工学研究科の川崎晋司教授らは2023年9月14日、太陽光水素生成と電池発電を繰り返し行える、新しいエネルギーサイクルを開発したと発表した。水素製造の副生成物による電池発電を行うと、水素を再び製造できる新しい仕組みとなる。

現在、カーボンニュートラルの実現に向けて、二酸化炭素（CO₂）を排出することなく、エネルギーを作り出すことが求められている。次世代エネルギー源として、CO₂を排出することなく再生可能エネルギーで生成するグリーン水素が期待されているが、生成は容易ではない。しかし、水素生成反応の対反応としてヨウ化物イオンの酸化反応を利用することで、高効率な水素生成が期待できる。

そこで研究グループは、実際に、対反応を酸素発生反応とした場合に比べ、ヨウ素を利用することで高効率になることを確認。水素生成の対になる酸化反応にヨウ化物イオンの酸化を利用することで、必要なエネルギーを小さくし、高効率グリーン水素生成に成功した。

水素生成は、副生成物として得られるI₂分子が生成を阻害するが、I₂分子を単層カーボンナノチューブで吸収すると、水素生成を長時間継続できることがわかった。

また、水素生成の副生成物として生成するヨウ素を単層カーボンナノチューブ内に取り込んだものを正極とし、金属亜鉛を負極とする電池を構成し、発電できることを確認。この発電でヨウ化物イオンが溶液中に戻り、再び水素生成反応に利用できるようになる。なお、このサイクルは、ヨウ化水素（HI）サイクルと名付けられた。

研究グループは今後、光触媒の改良など実験条件を最適化し、さらなる高効率水素生成を目指す。単層カーボンナノチューブの直径、長さを変えた実験を実施し、HIサイクルのさらなる長寿命化を進めていく。今回開発した新しいエネルギーサイクルは、高価な貴金属元素などを必要とせず、環境にもやさしい技術であるため、早期の実用化が期待される。

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