水電解装置のサプライヤーの多くは完成品を販売しています。材料を評価する研究室や、自前のセルハードウェアを組むグループに必要なのは、むしろ部品です。AEM の部品を購入する際に何を指定し、何が届き、どこから先が自社の作業になるかを説明します。
水電解装置のサプライヤーの多くは完成品を販売しています。出力を伝えれば、水素を製造する装置が届きます。
膜を比較する研究室、自前のセルハードウェアを組むグループ、触媒が自社の運転パターンに耐えるかを試す企業にとっては、完成品よりも個々の部品のほうが役立つことが多くあります。
こうした購入者が求めるのは部品です。シート単位の電極、開けて中を確認できるテストセル、計測器を取り付けられるスタックです。
そこで本記事では、装置ではなく部品の購入について説明します。何を指定する必要があるか、何が届くか、どの部分が自社の作業として残るかです。
個別に販売しているもの
4 つあり、互いに組み込まれる関係にあります。電極はセルに、セルはスタックに、スタックはシステムに組み込まれます。
下位の段階で購入するほど、組み立ての多くを自社で担い、結果の解釈の多くも自社で行うことになります。
| 内容 | 標準仕様 | 納期 | |
|---|---|---|---|
| HXP-anアノード | ニッケルフォーム上に NiFe 層状複水酸化物を直接成長、バインダーフリー | 200 × 300 mm・300 ± 20 µm | 2 週間 |
| HXP-caカソード | カーボンペーパー上の Pt/C または PtRu/C、0.2 mgPGM/cm² | 200 × 300 mm・260 ± 20 µm | 2 週間 |
| HXS-0研究用セル | お客様が組み立て・分解できる単セルまたはショートスタック | 有効面積 1–25 cm²114 × 85.6 × 136 mm・4 kg | 受注生産 |
| HXS-22 kW スタック | 500 L/h、0 または 10 barg、計測器の取り付けに対応 | 固定構成 | お問い合わせください |
特注のサイズや厚さは受注生産で、ご注文ごとにお見積りします。
指定が必要な項目
電極の場合は、サイズ、厚さ、数量の 3 つです。
研究用セルの場合は、有効面積、セル数、流路の 3 つです。有効面積はプレートではなくガスケットの開口部で決まるため、加工ではなく選択で設定します。
標準の流路はシングルサーペンタインです。試験の目的に応じて、別のパターンを加工することもできます。
意図的に含めていないものが 1 つあります。標準の研究用セルは MEA なしで出荷します。この段階でセルを購入するグループの多くは、自社の膜を評価するからです。MEA を自作されない場合は、当社の MEA を付けて供給することもできます。
当社の MEA は、HXP-an アノード、HXP-ca カソード、AEM 膜の 3 つの部品で構成されます。それぞれ個別の品目としてご注文いただけ、自社で触媒層をつくるためのアイオノマーも別の品目です。各部品には専用ページがあり、下のリンクからご覧いただけます。
部品の購入は、装置を安く買う方法ではありません。別の種類の購入であり、届くものの大半は送っていただく仕様で決まります。
部品データシートの数値の読み方
部品の数値はシステムの数値とは測り方が異なり、両者を混ぜると誤った比較につながることがあります。
当社の電極の数値は三電極のハーフセル試験によるもので、電解液と温度をデータとあわせて記載しています。アノードの ターフェル勾配は 98.7 mV/dec です。カソードは PtRu/C で 45.7 mV/dec、Pt/C で 52.2 です。
これらは電極を表す数値であり、セルの数値ではありません。同じ電極を 60 °C のゼロギャップセルに組み込むと、重要になるのは、お客様の電流密度でのセル電圧です。
どちらの電極も、1.0 A/cm² と 0.05 A/cm² を 5 秒ごとに切り替える加速劣化試験を 10,000 サイクル完了しています。これも電極としての結果であり、スタックの寿命ではありません。
スタックレベルの数値については、HXS-2 スタックをご参照ください。累計運転時間は 3,000 時間を超えています。当社が公開している長時間運転の解析は、そのうち 2,281 時間の区間を対象としたもので、試験条件とともに耐久性に関する技術ノートに掲載しています。
- スタックの耐久性データの読み方→公開している HXS-2 の 2,281 時間の区間と、その試験条件。
- HXP-an・HXP-ca のデータシート→ハーフセルの ターフェル勾配と 10,000 サイクルの加速劣化試験の結果を掲載。
限定して述べている主張
アノードには白金族金属（PGM）を使っていません。これは AEM が注目に値する点であり、材料がイリジウムではなくニッケルと鉄である理由です。
カソードは PGM フリーではありません。0.2 mgPGM/cm² の Pt/C または PtRu/C を使っており、その言葉でセル全体を言い表すよりも、そのことを明記する方針です。
触媒の配合とコーティング工程は独自技術のため、データシートでは電極のつくり方ではなく、電極の性能を記載しています。
目的に合う段階の選び方
選択は通常、何を変えられるようにしたいかで決まります。
- 膜や触媒の比較：シート単位の電極を、自社のセルハードウェアに組み込む。
- 管理された条件での MEA 全体の評価：研究用セル。有効面積は手元の材料の量に合わせて選ぶ。
- スタックの経時的な挙動の測定：2 kW スタック。セルから組み直すのではなく、自社の試験台で計測器を取り付ける。
- 別の用途に使う水素の製造：2 kW システム。BoP をお客様が扱う必要はありません。
多くのグループは 1 段階ずつ上に進み、下の段階で得たデータによって次の購入内容が具体的になります。
運転条件と測定したい内容をお知らせいただければ、どの段階が適しているかをお伝えします。安い段階のほうが適している場合も含めてです。
- HXP-an・PGM フリーのアノード→ニッケルフォーム上の NiFe、サイズ、最小注文数、納期。
- HXP-ca・PGM 担持量を抑えたカソード→0.2 mgPGM/cm² の Pt/C と PtRu/C の選択肢。
- HXS-0・研究用セル→1–25 cm²、お客様による組み立て。
- HXS-2・2 kW スタック→長時間運転の耐久性データのスタック。
- AEM 膜・アニオン交換膜→MEA の 3 つ目の部品。少量から供給します。
- AEM アイオノマー粉末→自社で触媒層をつくるチーム向け。0.8 g ボトル。
- AEM 水電解は実用段階か→当社の耐久性の数値がカバーする範囲と、カバーしない範囲。
- データシート→7 製品分。フォーム入力は不要です。
- 水電解装置の見積書の読み方→合計金額より重要な項目。
- AEM 水電解：技術と実測データ→AEM 水電解の仕組み、AEM・PEM・アルカリの比較、当社スタックの実測データ。
- 水電解スタックとは→スタックの構成、セル数による出力の拡張、性能を決める要素。
- MEA とは→電極が組み込まれるアセンブリ。
- アイオノマーとは→ボトル単位で販売する粉末と、アノード用とカソード用でグレードが異なる理由。
- AEM テストセル（単セル）の選び方→試料を取り巻くセルハードウェアの仕様の決め方。
よくある質問
AEM の電極やセルを、システムとは別に購入できますか。
はい。HydroXpand は、アノード、カソード、アイオノマー、膜、研究用セルを個別の部品として販売しており、電極は 1 枚からご注文いただけます。
AEM 電極の納期はどれくらいですか。
標準サイズで 2 週間です。
研究用セルの有効面積の範囲はどれくらいですか。
1–25 cm² で、ガスケットの開口部で決まります。
参考資料
- EU harmonised accelerated stress testing protocols for low-temperature water electrolyser, EUR 31748 EN — European Commission Joint Research Centre, 2024
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