2018 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of palladium thin membrane preparation method onto porous SUS introduced pore control layer for high hydrogen diffusion
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16K06828
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
加藤 雅裕 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (80274257)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉山 茂 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (70175404)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水素高速拡散 / シリカ中間層 / 球状シリカ微粒子 / 耐久性向上 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パラジウム（Pd）膜は水素を高選択的に透過することができるが、ハンドリングで優位な多孔質ステンレススチール（SUS）支持体上に、高選択性、高透過性、高耐久性のPd膜を製膜するには、以下の3点が求められる。1.Pd緻密膜の薄膜化、2.水素の高速拡散、3.SUS支持体を構成する金属のPd中への拡散の阻止。
一昨年度、金属拡散を阻止するバリア層として、シリカライト層を２次成長法で作成したところ、支持体との密着性が高い層が得られ、Pd膜成膜後、室温下でヘリウムを透過しない膜が得られた。さらに、シリカライト層へのアルカリ処理により、水素透過性の向上が図れた。しかし、計50時間の水素透過試験を実施したところ、密着性が高いことが原因となって、SUS支持体とシリカライト層の熱膨張挙動の違いにより、Pd膜に亀裂が生じ、膜の耐久性が低いことがわかった。この解決策として、昨年度、無孔の球状シリカ粒子を支持体に導入し、Pd膜を成膜したところ、高い水素透過性と耐久性を両立した膜が得られることがわかった。
本年度は、さらなる水素透過性の向上をめざし、支持体の平均細孔径を従来の0.5マイクロメートルから、より小さい0.2マイクロメートルのものに変更し、Pd膜の薄膜化を目標とした。支持体細孔が小さいことから、導入する球状シリカの量を従来より減らさないと、球状シリカを導入した段階で表面に大きな凹凸が形成され、Pd層形成時に亀裂が生じた。試行錯誤の結果、最適な球状シリカの導入量が得られ、昨年度の膜に比べ、Pd膜の膜厚は1/3、600℃での水素透過量は３倍となった。続いて、耐久試験を実施したところ、計50時間の水素透過に対して、安定した水素透過性を示した。よって、本年度採用したより小さい細孔をもつ支持体へ、最適な量の球状シリカ粒子を導入することで、より高い水素透過性と耐久性を実現できることが示された。
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