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2008 Fiscal Year Annual Research Report

強制固溶型プロトン導電性酸化物の創製

Research Project

Project/Area Number 19206081
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

武津 典彦  Nagoya Institute of Technology, 工学研究科, 教授 (80029355)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 栗田 典明  名古屋工業大学, 工学研究科, 准教授 (20292401)
Keywords固体イオニクス / プロトン伝導 / 燃料電池 / 水素センサ / 水素透過 / アルミナ / 欠陥構造型プロトン導電体 / H / D同位体効果
Research Abstract

本年度はアルミナにドーパントを強制固溶させる方法として、三価の遷移金属イオンを溶解させて酸化状態から強制還元して二価のドーパントとして凍結させる方法について検討を行った。まずドーパントとして全率固溶するクロミアを選び、水素ガスにて還元する方法、酸素イオン導電体を用いて水蒸気雰囲気で電解脱酸により還元する方法、プロトン導電体を用いて水素雰囲気で水素を電解注入することにより還元する方法の三つの方法を試みた。何れの場合にもCr2%を含むアルミナ単結晶を試料に用いて還元処理を行い、OH伸縮振動に基づく赤外線吸収より溶解度を調べた。その結果、何れの場合もプロトンの溶解は認められたが、印加による効果は殆ど認められなかった。また、その溶解量はすでに報告したアルカリ土類の二価イオンをドーパントとした場合の溶解量とほぼ同じであった。この系ではクロムの三価が作る準位が溶解水素の1s電子が作る準位より高く、水素による還元は不可能で、観察された微量の溶解は不純物ドーバントに起因するものである可能性がある。次にCoを0.5%含むアルミナの単結晶および多結晶について、高温で水素ガスにて還元する方法で、赤外吸収、紫外可視光吸収、電気伝導度のH/D同位体効果の測定で溶解状態、溶解量、電導度を調べた。その結果、プロトンの溶解が認められ、その温度依存性は従来のアルカリ土類の二価イオンをドーパントとした場合とは異なり、温度の上昇と共に溶解量は増加し、水素分圧の1/4乗に依存することが明らかになった。さらに光吸収測定よりCoはほとんどが三価の状態であることが確認できた。これらの結果から、この系ではCoの一部が還元されて電気的中性を保つ形でプロトンが導入されていることが明らかとなった。この結果は、系を選ぶことにより、このタイプの強制固溶で優れたプロトン導電体が開発される可能性を示唆するものである。

  • Research Products

    (12 results)

All 2009 2008

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Diffusion of proton in alumina-rich nonstoichiometric magnesium, aluminate spinel2009

    • Author(s)
      奥山勇治, et al.
    • Journal Title

      Ionics 15

      Pages: 43-48

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Incorporation of hydrogen in barium-doped α-alumina2009

    • Author(s)
      奥山勇治, et al.
    • Journal Title

      Solid State Ionics 180

      Pages: 175-182

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] α-アルミナ単結晶のプロトン伝導特性2009

    • Author(s)
      奥山勇治, 他
    • Journal Title

      Journal of MMIJ 125

      Pages: 389-394

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermodybnamics of Zr/Hf-mixed silicates as a potential for environ mental barrier coatings for Tyranno-hex materials2009

    • Author(s)
      K.Nakano, et al.
    • Journal Title

      Surface & Coatings Tech. 203

      Pages: 1997-2002

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 固体電解質を用いた電気化学ポンピングによる水蒸気分圧制御2008

    • Author(s)
      栗田典明
    • Organizer
      第34回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2008-12-04
  • [Presentation] 電気伝導度のH/D同位体緩和現象を用いたペロブスカイト型酸化物中のプロトン移動度の決定2008

    • Author(s)
      生田真一
    • Organizer
      第34回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2008-12-04
  • [Presentation] αアルミナの分極時における水素ポテンシャルプロファイル2008

    • Author(s)
      奥山勇治
    • Organizer
      第34回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2008-12-03
  • [Presentation] アルファ・アルミナを電解質として用いた電池型溶融銅川水素センサーの開発2008

    • Author(s)
      山田輝
    • Organizer
      資源・素材学会秋季大会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター
    • Year and Date
      2008-10-09
  • [Presentation] Niをドープしたα-アルミナ中のプロトンの移動度2008

    • Author(s)
      奥山勇治
    • Organizer
      日本金属学会秋期大会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2008-09-25
  • [Presentation] In をドープしたCaZrO3上に作製した多孔質Pt電極の電極反応機構2008

    • Author(s)
      岩佐光洋
    • Organizer
      日本金属学会秋期大会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2008-09-25
  • [Presentation] 固体電解質を用いた電気化学ポンピングによる水蒸気分圧制御2008

    • Author(s)
      栗田典明
    • Organizer
      日本金属学会秋期大会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2008-09-25
  • [Presentation] Electrical conductivity of calcium-doped α-alumina2008

    • Author(s)
      奥山勇治
    • Organizer
      The 14^<th> international conference on solid state protonic conductors
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2008-09-10

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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