オール電気めっきで超薄型パラジウム水素分離膜を高耐圧化 -高価なパラジウムの使用量を抑え、水素透過性と耐差圧性を両立-

2026-10-15 産業技術総合研究所

産業技術総合研究所と株式会社山王は、全ての膜形成工程に電気めっき法を用い、厚さ約1.5 µmのパラジウム層と多孔質ニッケル支持体を一体化した、自立型の水素分離膜を開発した。パラジウムは水素を選択的に透過させるため高純度水素の製造に有望だが、高価であり、膜を薄くすると圧力差による破損やガス漏れが起きやすいという課題があった。今回、空孔率約30%の多孔質ニッケル支持体を組み合わせることで、水素の通り道を確保しながら薄いパラジウム層を機械的に補強した。その結果、400℃、差圧0.75 MPaの条件で、膜の有効直径7.1 mmにおいて毎分150 cm³を超える水素流量を達成し、明確なヘリウム漏れも確認されなかった。従来の厚さ5 µmの単層パラジウム膜が耐えられなかった圧力差を、より薄い複合膜で克服した点が特徴である。今後、混合ガス中での分離性能や長期耐久性を検証し、水素精製装置や膜反応器への応用を目指す。

オール電気めっきで超薄型パラジウム水素分離膜を高耐圧化 -高価なパラジウムの使用量を抑え、水素透過性と耐差圧性を両立-

<関連情報>

水素透過性と耐圧性を向上させた、電気めっきされた超薄型純Pd/多孔質Ni複合膜 Electroplated ultrathin pure-Pd/porous Ni composite membranes with high hydrogen permeation and enhanced pressure resistance

Naruki Endo, Norikazu Dezawa, Yasuhiro Komo
International Journal of Hydrogen Energy  Available online: 1 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2026.157351

Highlights

  • Self-standing 1.5 μm Pd/porous Ni membranes made entirely by electroplating.
  • Ni-support porosity near 30% balances gas access and mechanical reinforcement.
  • H2 flow exceeds 150 cm3/min (Ø7.1 mm) at 0.75 MPa and 400 °C with no measurable He leak.
  • Sustainable pressure rises from 0.3 to 0.75 MPa versus a 5 μm Pd membrane.
  • Supports above 50% porosity fail at 0.5 MPa, showing an optimum porosity.

Abstract

Ultrathin Pd composite membranes can reduce Pd consumption and increase hydrogen flux, but maintaining gas tightness under differential pressure remains challenging. Self-standing pure-Pd/porous Ni composite membranes are fabricated by electroplating-based reverse build-up to examine how Ni-support porosity affects permeation and pressure resistance. The membranes comprise a 1.5 μm-thick dense Pd layer and a 22–24 μm-thick porous Ni support. After hydrogen permeation at 400 °C, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and SEM–energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) show no significant Pd/Ni interfacial delamination or clear evidence of Pd–Ni alloying or large-scale interdiffusion within analytical resolution and sensitivity. The membrane with approximately 30% Ni-support porosity remains gas-tight, delivering hydrogen flow exceeding 150 cm3 min−1 through a Ø7.1 mm membrane at 0.75 MPa differential pressure, whereas membranes above 50% porosity develop localized pinholes at 0.5 MPa. Porosity-controlled Ni supports balance gas pathways and mechanical reinforcement, enabling Pd membranes with reduced Pd use and enhanced pressure resistance.

0501セラミックス及び無機化学製品
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