気・固相電極の通電条件下における赤外スペクトル観察法の研究

• Project/Area Number: 10875172
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 工業物理化学
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 土器屋 正之 横浜国立大学, 環境科学研究センター, 教授 (70293181)
• Project Period (FY): 1998 – 1999
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1999)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 1999: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 1998: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 固体酸化物燃料電池 / 拡散反射赤外スペクトル / 通電下電極表面 / 吸着化学種濃度 / 気相化学種ノイズ / 電気化学的炭素酸化 / 部分酸化燃料電池 / 拡散反射型赤外スペクトル / 固体酸化物電解質 / 多孔質電極 / 表面吸着 / 電流通電下現象 / アノード被毒

Research Abstract

本研究の目的は、固体酸化物電解質(ジルコニア)/多孔質電極(白金)上での吸着化学種の赤外スペクトルと通電下でのその変化の検出である。これまで明らかにした測定法の問題点は、本研究で採用した拡散反射法型赤外の(1)検出限界と(2)吸着濃度である。検出感度の高い高感度反射法ではなく拡散反射型を用いている理由は、電極が多孔質であり、平滑面への吸着を見る(低いビーム角度で透過量を稼ぐ)高感度反射型が適用できないからである。結論として(1)拡散反射型では感度の低さと気相にある化学種の吸収が優先するため、また、(2)固体酸化物電解質では通電条件は最低で6〜700℃の高温を対象とするため吸着量が極めて少なく、通電下では識別可能な信号が得られない。この事から、赤外による固体酸化物電解質上の吸着種の測定方法と測定系の基本的な再検討を必要とする。
しかし、低温域(200℃以下)において白金電極上にCOの吸着種らしいシグナル、またエタノールの約13cm^<-1>のケミカルシフトらしきものが認められた。そこで、プロトン伝導性電解質(ナフィオン、SrCe_<0.9>(Y)_<0.1>O_3)に固体の反応物(インディゴ/白藍)を塗布し、通電下でのインディゴの変化を見ることを試みた。しかし、この系でも明確な信号をうることはできなかった。この原因として、測定がレフェレンスを用いるダブルビーム方式ではなく、バックグラウンドメモリーを差し引く方式であることから、複雑な系では目的信号を取り出しにくい事も考えられる。次に、再度ジルコニア系電解質で、炭素を電極に混合し高温(800℃)で測定する事を行ってみた。明確な信号はこれまでと同様に、得られなかったが、CO、CO_2の発生が認められた。この事から、炭素の電気化学的酸化反応(燃料電池による直接部分酸化法)が確認され、現在メタン直接導入固体酸化物型燃料電池を試作して運転中である。