2014 Fiscal Year Annual Research Report
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24561010
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
柏谷 悦章 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (10169435)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | CO2排出削減 / CO2電解 / 固体電解質 / 電極構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は「鉄触媒を利用した固体電解質によるCO2直接分解」をテーマとして，まず，Pt-YSZ-Ptセルを用いて基本的な実験条件を決定した．この時，2V～4Vの過電圧をかけると，セルの性能が飛躍的に向上することを明らかにした．これはPt電極の白金が移動しYSZ-白金界面の密着性がナノオーダーで向上するためであることを明らかにした．次にカソード側において白金を鉄に変え，Fe-YSZ-Ptセルを用いたCO2電解を行いその特性を明らかにした．
Fe-YSZ-Ptセルでは、カソード電極にFeを用いているため、カソードで予想される反応機構が異なり、Feの酸化・還元反応を利用した、一種のRedox反応電極といえる。
予想されるFe電極の構造、および反応機構は、COとCO2の分圧比によって、Feは，ウスタイト (FetO） やマグネタイト (Fe3O4) に酸化される可能性がある。 Fe電極を用いた実験の結果，CO2分解反応が活発に進行し、電極中のFe構造はFe-FetO-Fe3O4の多層構造をとることがわかった。このような多層構造においては、FetOおよびFe3O4中では、Feの移動、Fe中ではOの移動が起こることで、CO2分解反応が連続的に進行するものと考えられる。反応が十分に進む場合は、8Vの高電圧を印加しても電子伝導が起こらないため、Pt電極を使用した場合よりも、大量のCO2を一度に分解することが可能であることがわかった。ただし、同じ大きさの電圧を印加した時の分解量はPt電極よりも少ないため、十分な分解量を得るには高い電圧の印加が必要になり、エネルギー効率は悪くなる。また、電解を開始する前に酸化が進行した場合、Fe電極の密着性が悪くなり、反応の進行が妨げられる。このような性能の低下は、電解開始前にFeが酸化するのを防ぐことで、抑制できることがわかった。
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