グリーン水素製造用革新的水電解システムの開発

研究課題

体系的番号	JPMJGX23H2
DOI	https://doi.org/10.52926/JPMJGX23H2
研究代表者	高鍋和広東京大学, 工学系研究科, 教授
研究期間 (年度)	2023 – 2027
概要	再生可能エネルギー電力の変動や頻繁な起動停止に耐える低温型水電解システムについて、それぞれが抱える課題を根源的に解決することで圧倒的な低コスト・高効率・高耐久化を達成する。研究対象として、変動対応に強いが触媒やセル部材が強酸にさらされるプロトン交換膜(PEM)型、安価な触媒が使えるが構成材全体が強アルカリ水溶液に浸されるアルカリ(AWE)型、PEMとAWEの双方のメリットが活かせるが膜自体が開発途上のアニオン交換膜(AEM)型に取り組む。また、中性付近のpHや海水直接利用を志向した共存イオン、反応温度など、既存系では達成しえない条件にまで実験探索空間を大幅に拡張した水電解に取り組む。本プロジェクトでは材料合成から評価、実用化まで一気通貫で行うことのできるオールジャパンのチームを構成する。これにより、新規電極触媒材料および電解質・セル材料を創出し、確立された技術の社会実装につなぎ、GXに大きく貢献する。
研究領域	水素

報告書

(2件)

2024 年次報告書 ( PDF )
2023 年次報告書 ( PDF )

主な研究成果
(20件)

すべて 2024

すべて雑誌論文 (20件) (国際共著 2件、査読あり 20件、オープンアクセス 20件)

[雑誌論文] Aryl ether-free polymer electrolytes for electrochemical and energy devices2024
- 著者名
  Eun Joo Park, Patric Jannasch, Kenji Miyatake, Chulsung Bae, Kevin Noonan, Cy Fujimoto, Steven Holdcroft, John R. Varcoe, Dirk Henkensmeier, Michael D. Guiver, Yu Seung Kim
- 雑誌名
  
  Chem. Soc.
  
  巻: 53 ページ: 5704-5780
- DOI
  10.1039/d3cs00186e
- 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
[雑誌論文] Atomically dispersed hexavalent iridium oxide from MnO2 reduction for oxygen evolution catalysis2024
- 著者名
  A. Li, S. Kong, K. Adachi, H. Ooka, K. Fushimi, Q. Jiang, H. Ofuchi, S. Hamamoto, K. Higashi, T. Kaneko, T. Uruga, N. Kawamura, D. Hashizume, R. Nakamura
- 雑誌名
  
  Science
  
  巻: 384 号: 6696 ページ: 666-670
- DOI
  10.1126/science.adg5193
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Impact of gas bubble slug on high-frequency resistance and cell voltage in water electrolysis device2024
- 著者名
  Huihang Qiu, Keisuke Obata, Kensei Tsuburaya, Takeshi Nishimoto, Keisuke Nagato, Kazuhiro Takanabe
- 雑誌名
  
  J. Power Sources
  
  巻: 611 ページ: 234765
- DOI
  10.1016/j.jpowsour.2024.234765
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] High-performance anion exchange membrane water electrolyzers enabled by highly gas permeable and dimensionally stable anion exchange ionomers2024
- 著者名
  Fanghua Liu, Kenji Miyatake, Masako Tanabe, Ahmed Mohamed Ahmed Mahmoud
- 雑誌名
  
  Adv. Sci.
  
  巻: 11 号: 2402969
- DOI
  10.1002/advs.202402969
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Incorporation of Poly(vinyl alcohol) into an Inorganic Framework Based on Eu-bonded Preyssler-Type Phosphotungstate for Enhanced Proton Conduction2024
- 著者名
  Tsukasa Iwano, Sora Shirai, Chaoqui Chen, Zhewei Weng, Yuji Kikukawa, Satoshi Muratsugu, Mizuki Tada, Hiroshi Takatsu, Hiroshi Kageyama, Sayaka Uchida
- 雑誌名
  
  ACS Applied Polymers Materials
  
  巻: 6 ページ: 7926-7931
- DOI
  10.1021/acsapm.4c01069
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Facile preparation of graphene-graphene oxide liquid cells and their application in liquid-phase STEM imaging of Pt atoms2024
- 著者名
  Masaki Takeguchi, Kazutaka Mitsuish, Ayako Hashimoto
- 雑誌名
  
  Applied Physics Express
  
  巻: 17 ページ: 85001
- DOI
  10.35848/1882-0786/ad63f2
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Tuning Proton Conduction by Staggered Arrays of Polar Preyssler-Type Oxoclusters2024
- 著者名
  Tsukasa Iwano, Daiki Akutsu, Yuji Kikukawa, Hiroshi Kageyama, Likai Yan, Sayaka Uchida
- 雑誌名
  
  J. Am. Chem. Soc.
  
  巻: 146 ページ: 26113-26120
- DOI
  10.1021/jacs.4c06743
- 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
[雑誌論文] Preparation of fluorine-doped α-Ni hydroxides as alkaline water electrolysis catalysts via the liquid phase deposition method2024
- 著者名
  Tomoyuki Watanabe, Kenko Tsuchimoto, Tomohiro Fukushima, Kei Murakoshi, Minoru Mizuhata, Hiro Minamimoto
- 雑誌名
  
  Sustainable Energy Fuels
  
  巻: 8 ページ: 4813-4819
- DOI
  10.1039/D4SE00983E
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Poly(arylene piperidinium) terpolymer membranes with dual piperidinium cations and semi-fluoroalkyl pendants for anion exchange membrane water electrolyzers2024
- 著者名
  Vikrant Yadav, Kenji Miyatake, Ahmed Mohamed Ahmed Mahmoud, Fanghua Liu, Fang Xian, Lin Guo, Chun Yik Wong, Toshio Iwataki,Makoto Uchida, Katsuyoshi Kakinuma, J. Mater
- 雑誌名
  
  J. Mater. Chem. A
  
  巻: 12 号: 37 ページ: 25429-25441
- DOI
  10.1039/d4ta03630a
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Evaluation of hydrogen evolution activity by bubbles growth rates as descriptor2024
- 著者名
  Daiki Sato, Nobuaki Oyamada, Tomohiro Fukushima, Kei Murakoshi
- 雑誌名
  
  J. Electroanal Chem.
  
  巻: 973 ページ: 118667
- DOI
  10.1016/j.jelechem.2024.118667
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Polyphenylene-Based Anion Exchange Membranes with Robust Hydrophobic Components Designed for High-Performance and Durable Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers Using Non-PGM Anode Catalysts2024
- 著者名
  Fanghua Liu, Kenji Miyatake, Ahmed Mohamed Ahmed Mahmoud, Vikrant Yadav, Fang Xian, Lin Guo, Chun Yik Wong, Toshio Iwataki, Yuto Shirase, Katsuyoshi Kakinuma, Makoto Uchida
- 雑誌名
  
  Adv. Energy Mater.
  
  巻: 2404089
- DOI
  10.1002/aenm.202404089
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Microkinetic Model to Rationalize the Lifetime of Electrocatalysis: Trade-off between Activity and Stability2024
- 著者名
  Hideshi Ooka, Marie E. Wintzer, Hirokazu Komatsu, Tomoharu Suda, Kiyohiro Adachi, Ailong Li, Shuang Kong, Daisuke Hashizume, Atsushi Mochizuki, Ryuhei Nakamura
- 雑誌名
  
  J. Phys. Chem. Lett.
  
  巻: 15 号: 40 ページ: 10079-10085
- DOI
  10.1021/acs.jpclett.4c02162 ?
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Effect of Ta-TiO2 Nanoparticles in Anion Exchange Membranes: Improved Hydroxide Ion Conductivity and Mechanical Strength for Alkaline Water Electrolysis Cells2022024
- 著者名
  Ahmed Mohamed Ahmed Mahmoud, Kenji Miyatake, Kaito Tsujii, Katsuyoshi Kakinuma, Fanghua Liu, Vikrant Yadav, Fang Xian, Lin Guo, Chun Yik Wong, Toshio Iwataki, Makoto Uchida
- 雑誌名
  
  Macromol. Chem. Phys.
  
  巻: 226 ページ: 2400226
- DOI
  10.1002/macp.202400226
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Porous Substrate Optimization for Efficient Water Electrolysis: Uncovering Electrocatalysts, Electrolyte, and Bubble Dynamics Effects2024
- 著者名
  Kensei Tsuburaya, Keisuke Obata, Keisuke Nagato, Kazuhiro Takanabe
- 雑誌名
  
  ACS Sustainable Chem. Eng.
  
  巻: 12 ページ: 16308-16319
- DOI
  10.1021/acssuschemeng.4c05790
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Raman Spectroscopic Observation of Electrolyte-Dependent Oxygen Evolution Reaction Intermediates in Nickel-Based Electrodes2024
- 著者名
  Tomohiro Fukushima, Kenko Tsuchimoto, Nobuaki Oyamada, Daiki Sato, Hiro Minamimoto, Kei Murakoshi
- 雑誌名
  
  J. Phys. Chem. C
  
  巻: 128 号: 47 ページ: 20156-20164
- DOI
  10.1021/acs.jpcc.4c06732
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Effects of Dissolved 3d-block Metal Ions on PEM Water Electrolysis Performance2024
- 著者名
  Shuang Kong, Kazuna Fushimi, Ailong Li, Ryuhei Nakamura
- 雑誌名
  
  Chem. Commun.
  
  巻: 60 号: 98 ページ: 14621-14624
- DOI
  10.1039/D4CC04474F
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Poly(fluorene)-Based Anion Exchange Membranes for High-Performance and Durable Alkaline Water Electrolyzers: Effect of the Pendent Ammonium Structure2024
- 著者名
  Vikrant Yadav, Kenji Miyatake, Ahmed Mohamed Ahmed Mahmoud, Fanghua Liu, Fang Xian, Lin Guo, Chun Yik Wong, Toshio Iwataki, Makoto Uchida, and Katsuyoshi Kakinuma
- 雑誌名
  
  Energy Fuels
  
  巻: 39 ページ: 1418-1431
- DOI
  10.1021/acs.energyfuels.4c05582
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Deciphering pH Mismatching at the Electrified Electrode-Electrolyte Interface towards Understanding Intrinsic Water Molecule Oxidation Kinetics2024
- 著者名
  Miao Wang and Ken Sakaushi
- 雑誌名
  
  Angew. Chem. Int. Ed.
  
  号: 64 ページ: 8
- DOI
  10.1002/anie.202419823
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Mass activity elucidation of cobalt-based oxygen evolution catalysts utilizing depth-resolved spectroscopy at wide pH levels2024
- 著者名
  Hiroki Komiya, Keisuke Obata, Hiroki Sekizawa, Kiyofumi Nitta, Xu Ke, Melody Wada, Kazuhiro Takanabe
- 雑誌名
  
  Angew. Chem. Int. Ed.
  
  巻: 64
- DOI
  10.1002/anie.202501579
- 査読あり / オープンアクセス
[雑誌論文] Effect of biphenyl groups on the properties of poly(fluorenylidene piperidinium) based anion exchange membranes for applications in water electrolyzers2024
- 著者名
  Ahmed Mohamed Ahmed Mahmoud, Kenji Miyatake, Fanghua Liu, Vikrant Yadav, Fang Xian, Lin Guo, Chun Yik Wong, Toshio Iwataki, Makoto Uchida, Katsuyoshi Kakinuma
- 雑誌名
  
  Polym. Chem.
- DOI
  10.1039/D5PY00210A
- 査読あり / オープンアクセス

グリーン水素製造用革新的水電解システムの開発

研究代表者

高鍋 和広 東京大学, 工学系研究科, 教授

報告書

主な研究成果

[雑誌論文] Aryl ether-free polymer electrolytes for electrochemical and energy devices2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Atomically dispersed hexavalent iridium oxide from MnO2 reduction for oxygen evolution catalysis2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Impact of gas bubble slug on high-frequency resistance and cell voltage in water electrolysis device2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] High-performance anion exchange membrane water electrolyzers enabled by highly gas permeable and dimensionally stable anion exchange ionomers2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Incorporation of Poly(vinyl alcohol) into an Inorganic Framework Based on Eu-bonded Preyssler-Type Phosphotungstate for Enhanced Proton Conduction2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Facile preparation of graphene-graphene oxide liquid cells and their application in liquid-phase STEM imaging of Pt atoms2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Tuning Proton Conduction by Staggered Arrays of Polar Preyssler-Type Oxoclusters2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Preparation of fluorine-doped α-Ni hydroxides as alkaline water electrolysis catalysts via the liquid phase deposition method2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Poly(arylene piperidinium) terpolymer membranes with dual piperidinium cations and semi-fluoroalkyl pendants for anion exchange membrane water electrolyzers2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Evaluation of hydrogen evolution activity by bubbles growth rates as descriptor2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Polyphenylene-Based Anion Exchange Membranes with Robust Hydrophobic Components Designed for High-Performance and Durable Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers Using Non-PGM Anode Catalysts2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Microkinetic Model to Rationalize the Lifetime of Electrocatalysis: Trade-off between Activity and Stability2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Effect of Ta-TiO2 Nanoparticles in Anion Exchange Membranes: Improved Hydroxide Ion Conductivity and Mechanical Strength for Alkaline Water Electrolysis Cells2022024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Porous Substrate Optimization for Efficient Water Electrolysis: Uncovering Electrocatalysts, Electrolyte, and Bubble Dynamics Effects2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Raman Spectroscopic Observation of Electrolyte-Dependent Oxygen Evolution Reaction Intermediates in Nickel-Based Electrodes2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Effects of Dissolved 3d-block Metal Ions on PEM Water Electrolysis Performance2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Poly(fluorene)-Based Anion Exchange Membranes for High-Performance and Durable Alkaline Water Electrolyzers: Effect of the Pendent Ammonium Structure2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Deciphering pH Mismatching at the Electrified Electrode-Electrolyte Interface towards Understanding Intrinsic Water Molecule Oxidation Kinetics2024

著者名

雑誌名

DOI

[雑誌論文] Mass activity elucidation of cobalt-based oxygen evolution catalysts utilizing depth-resolved spectroscopy at wide pH levels2024

著者名

雑誌名

高鍋和広東京大学, 工学系研究科, 教授