水素製造を低コスト化する、固体高分子型水電気分解向け卑金属電極

■高耐久・低コストの水電解アノード電極素材による水素社会のブレークスルー

水素社会の実現に向け、水の電気分解による水素製造（PEM型水電解）が注目されています。しかしその一方で、電解装置に使用される電極のコストと耐久性が、普及の大きな障壁となっています。

特に、強酸性環境下での酸素発生電極（アノード）には、**酸化イリジウム（IrO₂）**という極めて高価（グラムあたり2万円以上）かつ希少（年間生産量7トン）の材料しか選択肢がなく、これが大きなボトルネックです。

こうした課題に対し、筑波大学の伊藤良一准教授が開発した新素材を提案します。これは、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Moの9種類の卑金属を高濃度に混合した**高エントロピー合金（HEA）**によるアノード電極です。このHEA電極は、通常の卑金属なら瞬時に腐食してしまう強酸性下においても溶解せず、極めて高い耐久性を示しました。さらに、電源ON/OFFを1000回繰り返しても性能劣化がほとんど見られず、従来の卑金属では考えられないレベルの安定性が確認されています。

■多用途での高い実用性：純水不要、海水も対応

この電極素材のもつ高い耐久性は、電解に使用する水の面でも革新的です。水電解で一般的に用いられる「純水」ではなく、淡水や海水でも水素を生成することが確認されました。しかも、6000回の電源ON/OFF後でも初期性能の90%以上を維持します。これは、純水製造設備が不要になるだけでなく、離島や洋上風力発電施設といった水資源の選択肢が限られる地域でも、水素の地産地消が実現可能になることを意味します。

■Direct MCHⓇにも展開可能：トルエン耐性で長寿命

さらに注目すべき応用例が、水素の化学的貯蔵・運搬技術であるDirect MCHⓇです。これは、水素を電気化学的にトルエンに付加してメチルシクロヘキサン（MCH）とする手法ですが、従来の酸化イリジウム電極ではトルエンが電極表面にポリマー被膜を形成し、性能が劣化する問題がありました。しかし、今回のHEA電極はポリマー被覆がほとんど発生せず、長時間安定した性能を維持できることが実証されました。本技術が、Direct MCHⓇの実用化と普及を大きく後押しすると期待されています。

■地産地消型の水素利用モデルの実現へ

このような高耐久・低コストのHEA電極は、再生可能エネルギーと組み合わせた家庭・地域レベルでの水素生産にも適しています。たとえば、家庭や小規模施設に小型の水電解装置を設置し、水道水や海水を使って太陽光発電で水素を製造し、作った水素を燃料電池で電気エネルギーとして活用する――まさに水素の地産地消モデルが現実味を帯びてきます。長期運用によって電極性能が劣化しても、本技術は貴金属を用いず安価なため、定期的な電極交換によって高効率を維持できます。今後余剰が懸念される昼間の太陽光電力の新たな用途としても注目されるでしょう。