水電解の評価技術

水電解とは

水電解とは、水素（H₂）と酸素（O₂）を製造する目的で水を電気分解することを指します。近年では水素が将来の有望な二次エネルギーとなるとの考えから、水から効率よく水素を製造する研究が行われています。

水電解技術は、再生可能エネルギー源と組み合わせて使用されることで、環境に優しい水素エネルギーの生産に貢献し、CO₂排出量の削減やエネルギーの持続可能性向上に寄与することが期待されています。

PEM形水電解とは

プロトン交換膜（PEM）を使用しており、正の電荷を持つイオンのみがカソードに移動できるようにします。この方法は、断続的なエネルギー源と組み合わせる場合に優れており、高いエネルギー効率と水素製造速度を実現します。また、電圧変動に対する迅速な応答性があり、環境調和型の水電解技術として期待されています。

AEM形水電解とは

陰イオン交換膜（AEM）を使用し、アルカリ性の電解液を用いることで高い電気分解効率を実現します。
AEM形は、生成水素の純度や安全性、入力電力負荷および間欠運転の制限を克服できるとされ、水素製造のシステムがシンプルでメンテナンスが容易な点が特徴です。

水電解セル構成部材の評価項目の例

• 評価項目	対象部材
  セル部材の試作	MEA、触媒層付拡散層、セパレータ
  電解性能評価	触媒、高分子膜、セパレータ、GDL、PTL
  電気化学評価、接触抵抗	セパレータ、GDL、PTL
  循環水、排水中における溶出成分の定量	セパレータ、GDL、PTL、触媒、高分子膜
  材料の酸化状態・深さ方向組成	セパレータ、GDL、PTL
  表面／断面観察	セパレータ、GDL、PTL、触媒、CCM、MEA
  三次元構造解析	GDL、PTL
  触媒の結晶性変化	触媒
  機械特性評価	GDL、PTL、高分子膜
  流体透過性評価	GDL、PTL

• 触媒の形態観察

  ULV-SEM、STEMなどを用いて水電解用触媒のnmスケールからμmスケールの形態を可視化します。

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  セパレータの適用性評価・劣化解析

  セパレータの適用性を簡便に評価します。

  

• PEM形水電解の評価技術

  

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• AEM形水電解の評価技術

  

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  ※ 光島ら　電気化学、90　(2)、136-138 (2022)

• AEM水電解連続運転評価

  

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水電解の評価技術のよくあるご質問（FAQ）

Q1.水電解とは何ですか？

水電解とは、水を電気分解して水素（H₂）と酸素（O₂）を製造する技術です。カーボンニュートラル（CN）社会の実現に向けた水素をつくる代表的な技術であり、CO₂排出量の削減や持続可能なエネルギー利用に貢献する技術として紹介しています。

Q2.どの水電解方式に対応していますか？

常温～80℃で行うPEM（Polymer Electrolyte Membrane）水電解とAEM（Anion Exchange Membrane）水電解に対応しています。

Q3.JFEテクノリサーチでは、水電解のどのような評価に対応していますか？

水電解セルおよび各種構成部材を対象に、試作、性能評価、劣化評価まで一貫した評価サービスを提供しています。

Q4.どのような部材を評価できますか？

触媒、固体高分子膜、セパレータ、GDL（ガス拡散層）、PTL（多孔質輸送膜）、CCM（触媒被覆膜）、MEA（膜電極接合体）などの水電解セル構成部材が評価対象です。PEM・AEMそれぞれの紹介ページでも、各方式に応じた対象部材や評価内容をご確認いただけます。

Q5.部材の試作も依頼できますか？

はい。対応可能です。試作は協力会社と連携して実施しております。対応可能な仕様や範囲に制限があるため、まずはご要望をお伝えください。

Q6.連続運転試験は可能ですか？

はい。可能です。PEMおよびAEM水電解については、独自に開発した試験装置を用いて、1000時間以上の連続運転評価が可能です。連続試験や変動負荷試験に加え、試験後の部材劣化解析までワンストップで対応可能です。

Q7.CCM（触媒や膜）、PTL、セパレータなどの性能比較等の部材評価も可能ですか？

はい。可能です。セパレータやPTL候補材料の水透過性能、耐食性等評価、模擬電解環境における電解質膜の機械的特性（強度やクリープ等）の評価に加え、触媒の分散状況や三次元構造解析等の評価も対応しています。

Q8.顧客支給の部材やセルでも試験できますか？

はい。対応可能です。お客様からご支給いただいた部材を弊社所有のセルに組み込んで評価するほか、お客様御支給セルを試験装置へ接続し、初期性能や長期耐久試験により、セル部材を評価することも可能です。

Q9.問い合わせ時には、どのような情報を伝えるとスムーズですか？

以下の情報をお知らせください。

• 評価対象（例：触媒、高分子膜、セパレータ、PTL、MEA 、CCMなど）
• 水電解方式（PEM / AEM）
• ご希望の評価内容（初期性能、長期耐久、劣化解析、機械特性、流体透過性 など）
• 支給予定の試料・セルの有無
• 検討背景や課題（例：耐久性確認、材料比較、不具合原因調査 など）

要素となる技術

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  化学分析

  ICP-MS、イオンクロマトグラフィーなど。

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  物理解析

  SEM、STEM、FE-EPMA、EDX、XRDなど。

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  機械的試験

  引張試験（恒温恒湿）など。