2018 Fiscal Year Research-status Report
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18K04796
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
栗田 典明 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20242901)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | アルミナ / 溶融金属用水素センサー / 標準極活物質 / セリア / 酸素ストレージ / 固体電解質 / プロトン伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルミナを用いた銅用水素センサー内の酸素濃度を高く保つための標準極活物質としての原理的な候補としては以下の３つ考えられた。（１）安定化ジルコニアを酸素センサーとして使用するのと同じように複数の酸化物の平衡酸素分圧を利用する（平衡型）、（２）酸化物の分解時の酸素分圧を利用する（分解型）、（３）酸化物中の酸素不定比性を利用した酸素ストレージ効果のある酸化物を利用する（貯蔵型）、方法がある。初年度はそれぞれの原理に対しての可能性の検討を行った。結果は以下の通りである。（１）に対しては酸化物同士の平衡に於いてその平衡酸素分圧を大気圧程度に維持する組合せが殆ど無かった。その中でAlCuO2、AlCu2O4、Al2O3またはCu2Oの組合せが比較的平衡酸素分圧が高かった。当初は電解質そのものもアルミナであり、電解質を含めた安定した平衡が得られるのでは、と考えていたが、しかしながら、容易に活物質と反応が進行してしまい、期待とは異なり安定した起電力が得られなかった。（２）に関しては1150℃程度で分解する酸化物（Ag2OまたはCuOなど）を用いて実験を行ったが、分解速度が速すぎて昇温中に分解しきってしまい、測定を開始する時にはすでに酸化物が消滅してしまうことが明らかになった。また、その他に様々な問題生じることがわかった。（３）CeO2は自動車の三元触媒にも利用される酸化物でありCeの+3,+4の価数変化を利用した十分な酸素ストレージのある物質である。この酸化物を用いて実験を行ったところ昇温後数分間の安定した起電力が得られることがわかった。これらの実験よりアルミナを電解質とした水素センサーの標準極活物質としては適度な酸素放出速度をもつ酸素ストレージ能のある酸化物を用いることが適当であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初、活物質の原理的な候補が３種あったため、実験的に様々な制約があるため、効率的な開発にはどれかの原理に絞り込む必要が認められた。その絞り込みを初年度に行う計画であった。様々な実験を行ったところ当初の期待（（１）の平衡型）とは異なり、上記（３）の貯蔵型、すなわち酸素ストレージ効果のある酸化物が最も優れていることが明らかとなった。この明らかにすることは初年度の計画通りであると考える。しかしながら、酸素ストレージ効果のある物質・材料も様々なものが存在しており、初年度に行った酸化セリウム系の外にも酸化プラセオジウム系や酸化チタン系などが報告されている。したがって、これら様々な酸化物をベースとした系の中でどの物質が最適なのかという課題が新たに発生した。これらは当初の想定にはなかったことで研究２年目に行う予定としている。
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| Strategy for Future Research Activity |
２年目は当初の予定通り初めに初年度で決定した標準極活物質の酸化セリウムを中心とした候補物質を用いて実際に小型化したセンサーの作製を行い大気下にて水素センサーの性能テストを行う予定である。主な実験課題としては、起電力の即応性、安定性、持続性などである。特に、小型化された水素センサーのセンサー寿命に密接に関係する標準極活物質の寿命を明らかにすることはセンサーの利便性・再現性の上では非常に重要な課題である。寿命があまり短いとセンサーを利用する際のコストや利便性に不都合となるものと考えられる。一方、平行して初年度にて明らかになった酸素ストレージ効果を持つ他の酸化物の検討も行い最適な酸化物の探索も引き続きおこなってゆく。これら平行して実験を行うことで小型化した水素センサーの完成を目指す。
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