2017 Fiscal Year Research-status Report
ペロブスカイト多孔質球状粒子による新微構造検知極を有する高性能NOxセンサの開発
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16K05878
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| Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
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Principal Investigator |
高橋 誠治 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 主席研究員 (90236290)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | センサ / NOx / 固体電解質 / 混合伝導体 / 噴霧熱分解法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
YSZ上に検知極としてLSMを用いることでNOxに応答する電流検出型センサの開発を行っている。LSMは検知と電極の両方の機能を必要とされるため、より活性なLSM粒子を開発することで、高性能NOxセンサの開発を試みた。
LSM活性粒子は、クエン酸を造孔剤として炭化法と噴霧熱分解法を組み合わせた手法で合成した。具体的には、所定比のLa、Sr、Mnの硝酸塩をクエン酸水溶液に溶解し、400℃での噴霧熱分解によってLSM前駆体粉末を調製した。その前駆体粉末を750-1000℃、1-3時間窒素雰囲気中で炭化処理し、最後に1000oC大気中で焼成することでペロブスカイト構造のLSM多孔質球状粒子を調製した。得られた粉末はX線回折実験の結果、どの粒子も炭化処理温度に寄らず単相のペロブスカイト構造であることを確認した。得られた粒子の大きさは約1～3μmで球状であった。炭化処理温度が900 ℃以上の試料では、粒子内部に大きさ100 nm程度の空隙が観察された。
センサ素子は、LSM粒子ペーストとPtペーストをYSZディスクの片側の面にそれぞれ塗布し、電気炉で焼結することで作製した。作製した素子は管状炉中で種々に調合したNOガス(100 cc/min)雰囲気下でポテンシオスタットを用いて電流電圧特性を測定し、定電圧印可時に発生する電流値を読み取ることでセンサ素子として評価した。多孔質球状粒子を用いた電極は、中実球状粒子を用いた電極に比べて応答電流値は小さく、選択応答性は大きくなる結果が得られた。NOガスとベースガスに切り替えたときの応答電流値が90 %に回復するまでの時間(応答速度)を比較したところ、多孔質球状粒子と中実球状粒子を用いた電極における応答速度はそれぞれ、air→NO時で10と16秒でNO→air時で30と39秒と多孔質球状粒子を用いた場合に応答速度が向上することがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多孔質球状粒子を用いたセンサ素子の調製およびNOｘ応答性能の評価を達成しており、おおむね順調に研究は進展していると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
LSM多孔質球状粒子で検知極を作製しており、電極特性として応答特性は比較的良好な結果となっている。これは、電極中の微細構造（均一な空隙、適度な孔径）が達成されているためガスの透過性がよい結果と思われる。次に電流値を大きくするために、現状の電極上に表満活性点を増加させることを試みる。具体的には、現在の電極上にLSM前駆体溶液を塗布し、低温焼成することで比表面積の大きくし、NOxとの反応特性を向上させる予定である。
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| Remarks |
LSMのBサイトの部分置換による性能向上。複合置換が有効。
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