2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Hydrogen Sensors for Molten Metals with Rich Handling
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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 | チタニア / セリア / アルミナ / 溶融銅用水素センサー / 標準極 / 固体電解質 / 活物質 / ガルバニ電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルミナを用いた高温溶融用金属用水素センサーにおいてガルバニック型水素センサーとして利用するには標準極内の水素活量を所定の状態に維持する必要が有る。従来は空気（＋水蒸気）を標準極内に流すことで低水素活量状態を維持した。しかしながらこの方法では空気を流すための管が必要になり装置の小型化に支障があった。本研究は低水素活量状態を維持するための固体物質の探索を行い、小型で迅速に水素濃度を測定可能な水素センサーの実現を目標としている。そのために（１）金属／金属酸化物の利用、（２）金属酸化物の分解を利用、（３）酸素ストレージ効果のある物質を利用、と様々な検討を行ってきた。初年度では自動車の三元触媒にも利用されている酸素ストレージ効果の高いセリア系の酸化物を用いたセンサーより非常に良い結果を得た。しかしながら、セリアにネオジアなどの希土類酸化物をドープするため価格や資源的な問題もあった。
２年目（一昨年度）の研究によりチタニア系酸化物に可能性が有ることが判ってきた。具体的にはセリア系酸化物に比べて低水素活量状態を維持可能な時間やセンサー信号の安定性がチタニア系酸化物の方がより優れていた。研究によってチタニアも＋３、＋４価の価数の変化に伴い酸素の放出を行うことで水素センサーの標準極内を低水素活量状態に維持できることが明らかになってきた。
最終年度（昨年度）の研究により特殊な処理を施したチタニアと通常のチタニアの混合粉末を用いれば標準極において集電体として用いている白金電極も不要となることが明らかになった。チタニアは安価な化合物であり、この物質を標準極活物質として用いた高温溶融金属用水素センサーの実用化により安価な簡易型の水素センサーの開発が可能となった。現在は科研の範囲外ではあるが、溶銅メーカーと実施測定が可能なセンサーの開発を引き続き行っている。
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