2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of hydrogen separation reformer using Ni-proton conducting oxides
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19K05670
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
板垣 吉晃 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (30325146)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水素透過膜 / プロトン導電性セラミックス / サーメット / 微細化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、既存の水素透過膜であるパラジウム膜の代替となるセラミック型水素透過膜の開発を目指している。セラミック型水素透過膜は電子とプロトンの混合導電体であり、本研究では電子伝導相にNi、プロトン伝導相にセラミックとするサーメット型水素透過膜の開発を目指している。令和２年度は、良好なNi分散性と水素透過性が得られているNi-BCY（Ba(Ce,Y)O3）-GDC（Ga-doped ceria）の３元系複合体について、Ni組成を40vol%に固定した際の、BCYとGDCの組成比が及ぼす組織粒径と電気伝導度特性、および水素透過性への影響を明らかにすることで、最適な組成を導出することを目的とした。GDCはNi粒径を減少させることかがある一方で、プロトン導電性に乏しいことから、添加量の低減が望まれた。BCY30vol%/GDC30 vol%からGDC組成を減少させ、BCY50vol%/GDC10 vol%においてもNi粒子径は大きくせず、全導電率も10-3 S/cmレベルの高い伝導率を示した。水素透過率は10ー30 vol%GDC添加において10vol%で最大となり，800 ℃で0.27 ml min-1 cm-2を示した。10 vol%GDC添加ではプロトン導電相であるBCYが全組成の50 vol%を占めていることから，電子伝導とプロトン導電が最も両立した組成であることが示唆された。したがって，10 vol%の少量GDC添加により十分な組織の微細化効果が得られ，また少量添加によりBCYによるプロトン導電を向上させることがわかった。本水素透過特性は既報のNi-BCY系サーメットの結果を上回るものであり，新たな水素透過膜材料として期待できる。
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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
令和2年度の目標は、Ni-BCY（Ba(Ce,Y)O3）-GDC（Ga-doped ceria）の３元系複合体について、Ni組成を40vol%に固定した際の、BCYとGDCの組成比が及ぼす組織粒径と電気伝導度特性、および水素透過性への影響を明らかにすることであった。昨年までは、BCYとGDCの体積比率を1:1とすることで、良好なNi分散性と電気伝導性を有することを見出していたが、GDCの添加によるプロトン導電相の体積分率の低下に伴うプロトン導電率の低下が懸念されていた。本年度は、GDCの体積分率を10vol%まで低下させても、良好な組織分散性と電気伝導性が維持されることを見出した。さらに、水素透過率の最大値を得ることができた。このように、Ni-サーメット系水素透過膜の開発指針を得ることができたことから、概ね銃帳に進展していると判断するものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度まででNi-BCY-GDC系水素透過膜の最適組成を導出することができた。令和3年度は、膜の化学安定性の評価を行う。これまで、BCYとGDCを体積比1:1で含む酸化物はCO2に対する高い耐性を有することを見出している。したがって、水素透過性における本水素透過膜の最適組成である、Ni:BCY:GDC=4:5:1におけるCO2安定性の評価を行い、GDCの添加効果について明らかにする。過去の研究からBCY系プロトン導電酸化物においては、BCZY(Ba(Ce,Zr,Y)O3)などにおいて高いCO2耐性とプロトン導電率の両立が報告されていることから、BCYの代替材料としてBCZYの適用についても検討する。さらに、更なる水素透過性を目指して、透過膜の薄膜化を試みる。セラミック薄膜の形成については、これまで電気泳動堆積法の知見を有しており、同方法の適用を検討する。
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