In this study, a tritium enrichment system in the water phase has been developed based on the combination of a proton exchange membrane (PEM) electrolysis cell and a fuel cell. As the PEM, NafionTM and laboratory-synthesized sulfonated poly(ether ether ketone) membranes modified with an additional graphene layer in order to enhance the tritium separation factor were used. Both differences in the kinetics of the hydrogen evolution reaction and transport through the graphene layer of different isotopes are the driving factors expected to affect the separation of hydrogen isotopes. The separation factor was measured both during the electrolysis and fuel cell stage using different membranes. The facilitating effect of the graphene on the separation efficiency was determined during the study. The separation factor obtained by the proposed method was evidently higher than that obtained by other conventional methods.
本研究では、プロトン交換膜（PEM）電解セルと燃料電池の組み合わせに基づく水相中のトリチウム濃縮システムを開発した。PEMとしては、トリチウム分離係数を高めるために追加のグラフェン層で修飾されたNafionTMおよび実験室で合成されたスルホン化ポリ（エーテルエーテルケトン）膜を使用した。水素発生反応の速度論における差異と、異なる同位体のグラフェン層を通した輸送における差異の両方が、水素同位体の分離に影響を与えると期待される駆動因子である。分離係数は、異なる膜を用いて電解段階と燃料電池段階の両方で測定された。分離効率に対するグラフェンの促進効果は、研究の過程で確認された。提案法によって得られた分離係数は、他の従来法によって得られたものよりも明らかに高かった。