2021 Fiscal Year Annual Research 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 / セラミック / 両極性伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではPdの代替となる水素分離材料としてNi-BCY-GDC３成分系からなるセラミック水素透過膜の作製と評価を行った。同水素分離膜はNiによる電子伝導とセラミック中のプロトン導電による両極性伝導を原理としており，材料の導電特性に加えて膜中の組織形態が水素透過特性に大きく影響する。本研究では，Ni含有率40vol％としたサーメットへのGDC添加量を10～30 vol%で変化させ、組織構造、導電性と水素透過性の関係を明らかにすることを目的とした。10~30vol%の範囲ではGDC量に関係なく同程度のNiおよびBCY相の微細化が起き、GDC量の減少につれ水素透過流束が増加したことから、微細化が起生じた状態であればプロトン導電相であるBCYの体積分率が大きい(GDC添加量が小さい)と水素透過特性が向上することがわかった。GDC 10 vol％未満ではGDC量が減少するにつれてNi相およびBCY相ともに組織が増大した。Niの粒径による電子導電率への影響はほとんど見られなかった。一方で、水素透過率においてはNGDC 10 vol％で最大となり、700℃で0.142 ml min^-1 cm^-2を示した。、以上のことから、Ni40vol％-BCY-GDCサーメットにおいては、GDC 10 vol%未満の添加では、膜中のプロトン導電相であるBCYの体積分率は増大するものの効果的な微細化が得られず、プロトン導電パスの形成が阻害されると考えられた。一方で、10vol%以上ではGDC添加に伴って膜中のプロトン輸率が低下し、水素透過率が減少することがわかった。さらに、本研究ではCO2雰囲気での膜の化学的安定性についても評価を行った。その結果、GDCの添加により高温作動下でも炭酸バリウムの生成がほとんど見られず、膜の長期安定性が確保できることがわかった。
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