酸化物プロトン導電体を用いた水素濃淡電池による溶融金属中の水素濃度の測定

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04453057
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 武津 典彦 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (80029355)
• Keywords: プロトン伝導 / 固体電解質 / 水素センサー / 化学センサー / 水素濃淡電池 / 水素分析 / ガス溶解 / ガス分析

Research Abstract

アルミニウム用水素センサーに関しては、センサー自体は昨年度の研究で殆ど完成し、本年度はこれを用いて、アルミニウム熔湯への水素の溶解機構、溶存水素の挙動を調べた。
また、アルミニウムを始めとする金属中の水素の活量係数を決定するために、閉じた系に一定量の水素を注入し、気相に分配した水素の分圧をプロトン導電性固体電解質を利用した水素濃淡電池で測定するタイプの改良型のジーベルツ法を考案し、装置を試作してその性能について調べた。その結果、固体パラジウムに関してはこのような方法で、精度良く活量係数を決定できることが確認された。しかし、アルミニウムに関しては、その水素溶解量が少ないことから、電解質自体に溶解する水素がノイズとなって正確な活量係数を決定することが因難であることが認められ、さらに工夫が必要であることが明かにされた。
次に、溶融銅用水素センサーに関しては、昨年度に引続き、実験室規模で濃淡電池の起電力の測定を行い、酸素ポテンシャルが起電力に与える影響について詳細に調べた。その結果、得られる起電力には酸素ポテンシャル差に依存する電圧が含まれており、これを補正する必要のあることが明らかになった。このために標準極側で水素ポテンシャルと同時に酸素ポテンシャルも固定し、また、別に安定化ジルコニアのような酸素イオン導電性固体電解質を用いた酸素濃淡電池により熔湯中の酸素ポテンシャルも同時に測定し、電導機構に基づいた適正な補正を行うことにより一義的に熔湯内の水素ポテンシャルを決定する方法を明かにした。
さらに、溶融亜鉛用水素センサーについては、電池構造、界面漏れ遮断方法を工夫することにより、450度Cで使用可能な水素センサーの開発に成功し、実験室的実験および実際操業条件でその性能試験を行い、実用的に充分な性能を有することを確認した。
以上の結果、当初予定した計画の全てを成功裡に完了させることができた。

Research Products

• [Publications] T.Yajima: "A new hydrogen sensor for molten aluminum" Sensors and Actuators B. 13-14. 697-699 (1993)
• [Publications] 栗田典明: "プロトン導電性固体電解質を用いた金属-水素系の熱力学的諸量の測定" 日本金属学会講演概要(第113回大会). 424-424 (1993)
• [Publications] 附柴祐一: "溶融アルミニウム中の水素の挙動" 日本金属学会講演概要(第113回大会). 427-427 (1993)
• [Publications] 武津典彦: "溶融Zn-Al合金中の溶存ガスの挙動" 日本金属学会講演概要(第113回大会). 427-427 (1993)
• [Publications] 栗田典明: "プロトン導電性固体電解質を用いた溶融アルミニウムの水素溶解度の測定" 第19回固体イオニクス討論会講演要旨集. 181-182 (1993)
• [Publications] 武津典彦: "熔融亜鉛および亜鉛合金中の水素濃度の電気化学的測定" 鋳物協会第124回全国講演大会講演概要集. (未定). (1994)