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新規な高性能混合導電性酸素透過メンブレインの実用化

Research Project

Project/Area Number 15760512
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

高村 仁  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30250715)

Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2004: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Keywords酸素透過性セラミックス / 酸素透過特性 / セリウム酸化物 / 水素製造 / 酸素イオン・電子混合誘電性 / テープキャスト法 / 酸素イオン・電子混合導電性
Research Abstract

本研究では、天然ガスからの水素製造に用いる高酸素イオン・電子混合導電性酸素透過メンブレイン(MIEC-OPM)の開発を実施している。対象材料は、これまでに13 sccm/cm^2と高い酸素透過速度を示すことが確認されているセリウム酸化物とスピネル型フェライトの微細結晶からなる複合体、及び、Pr-Al系ペロブスカイト型酸化物とした。昨年度の研究において、複合体型酸素透過メンブレインにおいて、15mol%Sm添加CeO_2(SDC)に15vol%のMnFe_2O_4(MFO)を添加した15SDC-15MFOが優れた酸素透過特性を示すことが見出され、今年度は実用化に向けて作製技術の検討を実施した。具体的には、テープキャスト法による自立膜の作製を試みた。
まず始めに、良好なスラリーを得るためにPechini法により作製された複合体型酸素透過メンブレイン粉体、分散剤(α-テルピネオール)、可塑剤(ヂブチルフタレート・ポリエチレングリコールPEG400)、バインダー(ポリビニルブチラール)の配合量を粘度および沈殿試験により最適化した。混合したスラリーをドクターブレードを用いてPETフィルム上に成型した。焼成は、1300℃、5時間で行われ、結果として、反りや割れのない5cm角、厚さ150μmの自立膜が得られた。この膜は十分に緻密化が進行したため、機械的リークがなく、また、酸素透過速度としてもバルクと同等の値が得られた。なお、スラリーの調整に際してリン酸エステル系の分散剤を用いると分散性に優れたより良好なスラリーが得られたが、焼成後のメンブレインの酸素透過速度はバルク試料よりも10%程度低下した。これは、残存したリンが化合物を形成し、酸素透過を阻害するためと考えられた。得られた膜は純メタンの改質試験に供されたが、長時間試験においても割れ等を生じることなく、実際の改質器に適用しうることが確認された。

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2004 Other

All Journal Article (4 results) Publications (3 results)

  • [Journal Article] Preparation and Oxygen Permeability of Pr-Al-Based Perovskite-Type Oxides2004

    • Author(s)
      H.Takamura et al.
    • Journal Title

      Solid State Ionics 175

      Pages: 379-382

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Oxygen Permeation Properties of Ceria-Ferrite-Based Composites2004

    • Author(s)
      H.Takamura et al.
    • Journal Title

      Journal of Electroceramics 13

      Pages: 613-618

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Oxygen permeation and methane conversion properties of ceria-based composite membranes prepared by tape-casting technique2004

    • Author(s)
      H.Takamura et al.
    • Journal Title

      Proc.of Fuelcell2004, The 2^<nd> International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Oxygen permeation of Pr_<0.7>Sr_<0.3>Fe_<0.8>Al_<0.2>O_<3-δ> membranes prepared by doctor-blade technique2004

    • Author(s)
      H.Takamura et al.
    • Journal Title

      Proc.of 9^<th> Asian Conference on Solid State Ionics

      Pages: 237-243

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] H.Takamura et al.: "Mixed Oxygen-Ion and Electronic Conduction in Pr-Al-Based Perovskite-Type Oxides and Their Oxygen Permeability"Proceedings of the 7^<th> World Multiconference on Systemics, Cybernetics and Informatics. 8. 315-317 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Y.Aizumi et al.: "PREPARATION AND OXYGEN PERMEABILITY OF Ba-In-BASED OXIDES CO-DOPED WITH Sr, La and Fe"J.Ceram.Soc.Japan. accepted.

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] H.Takamura et al.: "Preparation and Oxygen Permeability of Pr-Al-Based Perovskite-Type Oxides"Solid State Ionics. accepted.

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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