CO2還元および固体高分子膜電極アセンブリ電気分解用多機能ガス拡散電気化学セル

製品概要

持続可能な化学プロセスと高効率な二酸化炭素（CO2）利用の開発には、非常に高精度で汎用性の高い研究機器が必要とされます。本多機能電気化学セルは、高度なCO2還元反応（CO2RR）の研究を行う研究室向けに設計された最先端のモジュールシステムです。最も需要の高い3つの電気触媒反応構成を単一のフレームワークに統合することで、柔軟性と堅牢性に優れた試験プラットフォームを提供し、複数の単目的リアクターを購入する必要をなくします。研究者はガス拡散電極（GDE）研究、固体電解質（SSE）を用いた液体合成、高性能ゼロギャップ膜電極アセンブリ（MEA）試験を容易に切り替えることができ、異なる動作構成間で触媒組成の直接的かつ標準化された比較が可能になります。

高純度チタンと医療グレードPEEKから製造された本システムは、高電流密度下、ならびに酸性・アルカリ性の過酷な環境下で優れた化学的安定性、耐食性、構造的完全性を保証します。CNC精密加工されたサーペンタイン流路は、活性領域全体にわたって最適な物質移動と均一な反応物分布を実現し、長期安定性試験中に定常状態を維持するために不可欠です。対象用途としては、クリーンエネルギー研究、炭素回収・利用（CCU）プロジェクト、主要大学の化学工学研究、合成燃料・グリーンケミカル・水素生成技術の研究開発を行う産業R&D施設などが含まれます。

積層シール機構を採用することで、電極の設置が簡素化され、ガスや電解質のバイパスのリスクを低減します。これは従来の特注ガス拡散セルでよく問題となる点でした。研究者はアノード-カソード間隔を非常に安定して維持でき、可変圧縮サイクルを繰り返しても再現性の高い電気化学データが得られます。これにより、厳しい連続試験スケジュール下でも、生成物選択性、ファラデー効率、長期触媒劣化試験において比類のない信頼性を提供します。

主な特長

• 多構成対応 3-in-1の適応性：本リアクターは、マルチパートの独自なモジュール設計を採用し、GDE、固体電解質、MEAの各構成を迅速に切り替えることができます。この柔軟性により、複数の独立したセル本体を購入することなく、研究テーマを気相電気還元から直接液体燃料生成へと柔軟に変更することができます。
• 高品質なチタン製流動場：流動プレートは高純度チタンから精密加工され、優れた電子伝導性と完全な化学的不活性を提供します。この高品質な構造により、バックグラウンドの金属汚染や腐食のリスクを排除し、収集された分析データが目的の電気触媒反応速度論のみを正確に反映することを保証します。
• 交換可能な高純度ニッケルオプション：カソード流動プレートは、オプションの高純度ニッケル部品と容易に交換することができ、特定の塩基性媒体電気分解や代替還元経路に対して動特性を最適化できます。このカスタマイズ可能なインターフェースは実験の幅を広げ、様々な分極レベル下での多様な触媒-基板相互作用の研究を可能にします。
• 高純度PEEK製中央フレームによる絶縁：重要な構造部品である中央スペーサーは、全pH領域で比類のない耐薬品性を持つ高性能熱可塑性プラスチックであるポリエーテルエーテルケトン（PEEK）の無垢材から加工されています。PEEKブロックは作用極と対極の間の完全な電気的絶縁を保証すると同時に、圧縮下で優れた熱的・機械的安定性を提供します。
• 精密加工されたサーペンタイン流路：流動プレートの活性領域には、流体力学モデリングに基づいて設計されたサーペンタイン流路が採用されており、反応ガスの非常に均一な分布を実現します。この形状により、濃度分極を最小化し、停滞領域の形成を防ぎ、触媒活性領域全体にわたって均一な物質移動を保証します。
• 最適化された電極・チャンバー形状：慎重に較正された中央チャンバーと、ガス拡散モードでの固定されたアノード-カソード間隔を採用することで、再現性の高いオーム抵抗を保証します。この正確な寸法管理により、試験条件を容易に再現し、ファラデー効率の結果を絶対的な信頼を持って比較することができます。
• 先進的な積層シールアセンブリ：本システムは先進的な積層圧縮シール技術を採用し、部品の位置合わせを簡素化し、アノード交換を非常に迅速に行えます。この信頼性の高いシール機構は、高流量・加圧運転下でも液体バイパスやガス漏れを防止し、清潔で安全な研究室環境を維持します。
• 統合された参照極ポート：専用の参照極配管アセンブリにより、活性界面近傍の局所電位降下を直接in-situで測定することができます。これにより研究者に正確な電気化学電位データが提供され、真の過電圧の決定や正確なターフェルプロットの作成に不可欠です。

用途

技術仕様

本多機能電気化学セルシステムは、主力モデルPL-DJ31を中心に構成されており、4つの高度に特化されたモジュール部品（PL-DJ31-A、PL-DJ31-B、PL-DJ31-C、PL-DJ31-D）で構成されています。これらのモジュールは特定の構成で組み合わせることで、3つの異なる反応モードを実現できます。技術パラメータの詳細は以下の通りです。

コアシステム仕様

モジュール部品と材料構成

構成の組み合わせと動作モード

• 組み合わせ1：CO2還元ガス拡散電解セル
  • 構成モジュール：PL-DJ31-A + PL-DJ31-B + PL-DJ31-C + PL-DJ31-D
  • 動作特性：4つの部品すべてを使用して、古典的なガス拡散電極セルを構築します。アノード-カソード間距離は1.6 mmに精密に保持されます。積層圧縮シールにより気密性の高い堅牢なフィット感が得られ、アノードの取り付けが迅速、安全かつ非常に便利です。
• 組み合わせ2：純液体生成物用固体電解質セル
  • 構成モジュール：PL-DJ31-A + PL-DJ31-B + PL-DJ31-C
  • 動作特性：I型中央チャンバースペーサー（PL-DJ31-B）を使用し、1.2 mm厚の中央キャビティを形成します。このキャビティが固体電解質区画として機能し、アノードとカソードの流動プレートを分離して、気体反応物から直接純粋な塩フリーの液体生成物を回収することができます。
• 組み合わせ3：CO2還元膜電極アセンブリ（MEA）セル
  • 構成モジュール：PL-DJ31-A + PL-DJ31-C
  • 動作特性：2枚のサーペンタイン流動場プレートを直接ゼロギャップ構成で接続し、膜電極アセンブリをそれらの間に強固にクランプします。これにより電気的接触を最大化し、内部抵抗を最小化して、高効率・高速な電気化学還元を実現します。

本製品を選ぶ理由

• 比類のない設計精度：先進的なCNC加工によりミクロンレベルの公差で設計され、流路の完璧な位置合わせと活性膜またはGDL全体に均一な圧縮を保証し、局所的なホットスポットやバイパス経路を排除します。
• 高品質材料のトレーサビリティ：すべてのチタン、ニッケル、PEEK部品は、完全に認証された原材料から製造され、保証された高純度を持つため、微量金属汚染を防止し、高感度分析結果の完全性を確保します。
• モジュール式による投資保護：本多機能ユニットに投資することで、長期的な利用が保証されます。ガス拡散からMEA試験へ移行する際に、セットアップ全体を交換する必要はなく、ユーザーはモジュールスタックの構成を調整するだけで済みます。
• 強靭な耐食性：強酸性・強アルカリ性電解質、高電流密度、頻繁な分解・洗浄プロセスに耐えるよう設計されており、過酷な研究環境でも長年にわたってトラブルフリーの運用を提供します。
• 一貫したカスタマイズ対応力：包括的な社内特注加工能力を活かし、KINTEKは特注のサーペンタイン流動パターン、変更された流路深さ、特殊なスペーサー厚さ、代替ポリマー構造を提供し、お客様の特注実験要件に完璧に適合させることができます。

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