気相電気化学系を用いた炭酸ガスの有効物質への変換に関する研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650570
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 田邉 博義 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (70125376)
• Keywords: 気相電気化学 / 炭酸ガスの還元 / 固体電解質 / 界面

Research Abstract

1.本研究は、炭酸ガスの有効物質への変換反応に対し酸素イオン導電性固体電解質/電極系の界面を適用し、系のもつ酸素ポンプ機能及び電場による反応種の活量の制御機能等を積極的に活用した高性能で高選択性の気相電気化学系の構築を目的としている。
2.系の特性を支配する電極/電解質界面状態の炭酸ガスの還元反応特性に及ぼす影響について電解質側及び電極側から詳細に検討した。
(1)電解質:8m/o Y_2O_3安定化ZrO_2系は、600〜750℃の還元雰囲気下でも安定に動作し、大きな分極による部分的電子導電性の出現に対しても酸素の導入により界面特性は回復することが判った。低温動作が期待された酸化ビスマス系は短時間のうちに大きく還元され、安定動作しない。
(2)電極(Ag、Pt、Ni、La_<1ーx>Sr_xMO_3;M=Co,Mn等):炭酸ガスの還元は電極材料及びそれと電解質とのマッチング状態の影響を受け、電気化学的及び接触的に進行することが判った。反応によって生じた酸素の、界面安定性及び部分的電子導電性の出現に及ぼす影響が、インピ-ダンス解析により定量的に示された。接触分解能の最も低かったAg電極系は、それの高い酸化物系やPt系よりもより小さい分極で電子導電性が現われ、反応生成物のファラデ-効率ηが急激に減少することが見い出された(ηCo〜80%→0%)。
(3)各電極系の反応生成物及びファラデ-効率が、(i)CO_2ガス雰囲気、(ii)CO_2/H_2O混合ガス雰囲気下で求められ、それらの電位依存性及び界面微分容量との関係について明らかにされた。(ii)ではCOのほかにCH_4も生成され、界面の分極による安定性も増し、系の動特性の向上が達成された。
(4)各種反応ガス雰囲気下における電極/電解質界面状態と反応特性及びファラデ-効率ηの間の電位依存性及び時間依存性の関係について、高速フ-リェ変換法を用いたインピ-ダンス測定による解析結果をもとに考察が加えられた。

Research Products

• [Publications] Hiroyoshi Tanabe: "Gas Phase CO_2 Reduction at Solid Electrolyte/Electrode Interface"
• [Publications] Hiroyoshi Tanabe: "Effects of Electrode Properties on CO_2 Reduction Using a Solid Electrolyte System in Gas Phase"
• [Publications] 安井 雅裕,寺岡 秀幸,田辺 博義: "気相電気化学系を用いる炭酸ガスの還元" 北海道支部1991年冬季研究発表会講演要旨集. 6 (1991)