2014 Fiscal Year Research-status Report
プロトン導電性固体電解質を利用した電気泳動法による水素同位体分離
| Project/Area Number |
26630379
|
|---|
| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
|---|
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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 同位体分離 / 重水素 / 軽水素 / プロトン導電体 / 電気化学的水素ポンプ / カルシウムジルコネート / ペロブスカイト / 電圧印可 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
高温作動型酸化物プロトン導電体である、InをドープしたCaZrO3を水素およびその同位体分離用の電気化学的ポンプとして用いた。始めにガス供給側に水素あるいは重水素のいずれかのガスを所定の流量で流し、一方、ガス透過側には、四重極質量分析計を設置し電気化学的に透過する水素あるいは重水素の分析を行った。始めの測定ではプロトン導電体には所定の一定電圧で電気化学的ポンピングを行い、プロトン伝導体を透過する水素あるいは重水素の透過量の時定数の測定を行った。その比は、プロトンとデューテロンの電気伝導度のH/D同位体比（1.414）とほぼ一致し、期待通りの透過特性の違いを確認できた。さらに、電圧を様々に変更して確認したところほぼ同様な特性が得られた。
次にガス供給側には所定の混合比、一定の流量で重水素・重水・軽水素・軽水混合ガスを供給した。軽水あるいは重水はプロトン導電体試料の還元防止のために極微量の混合を行ったものである。一方、ガス透過側には、先と同様に四重極質量分析計を用いてプロトン伝導体から電気化学的に透過する水素および重水素の分析を行った。電気化学的ポンピングにより質量分析計で検出された水素、重水素の比は、一定電圧を印可した場合に、電気伝導度の違いか観察されたH/D同位体比に対して有意な違いが観察された。さらに、様々な印可電圧やそのサイクル、及びパターンを試したところ、プロトン伝導体を電気化学的に透過するH/D同位体比が変化することが明らかになった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度の計画は、高温作動型酸化物プロトン伝導体を電気化学的水素（およびその同位体）ポンプ兼隔壁として用いること。片側のチャンバーに所定の水素と重水素を含んだ混合ガスを導入し、プロトン導電体に電圧を印可すことで、もう片側のチャンバーにと透過してきた水素と重水素の比を測定し、導入ガスと透過ガスの水素、重水素の比の違いを確認することである。その際に、今年度の計画においてはプロトン伝導体に対する印可電圧の電圧値、印可パターン、印可サイクル等によるその依存性や影響を確認することが最も重要な事項である。今年度の研究の結果から導入した混合ガスのH/D同位体比に対して、透過したガスのH/D同位体比が電圧の印可パターンや印可電圧そのもので変化ことが確認された。このことより最適な電圧パターンや電圧値を見いだせば、水素の同位体分離の可能性が見いだされたと考えられる。
一方、今年度の計画には同時に、電解質や電極の材質によるH/D同位体比の影響や導入される混合ガス中のH/D同位体比の影響の確認も予定していたが、分析装置のセットアップに多少の時間を要したため平成26年度中に測定を開始することができなかった。この点に関しては、現在準備を進めている段階であり、かつ、H27年度の予定においても印可電圧の電圧パターンや電圧値に対する検討と同様に引き続き計画されている検討事項である。
以上のことにより全体としては概ね計画通りに研究が進展していると考える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
H27年度の実施計画としては、先に記しているように、引き続き、水素ポンプとして使用する高温作動型プロトン導電体への印可電圧の電圧印可パターン、印可電圧値、印可電圧の印可サイクルに対する水素と重水素の分離性能の確認を行ってゆく。また、電極材質や電解質材質についての分離性能への影響や、導入ガスの水素および重水素の混合比に対する分離性能への影響の検討を行い、水素および重水素の分離性能の最適化を行ってゆく。
一方、前年度の研究から電圧印可パターンによって水素と重水素の分性能に影響があることが明らかになった。今年度は同位体分離への理論的裏付けのため、同位体分離に対する基礎式を構築し、さらに、計算機シミュレーションによりその確認を行う。また、逆に、計算機シミュレーションの結果から最適な印可電圧のパターンや印可電圧値、印可サイクルを明らかにする試みを行う予定である。
以上の検討を通して、工業化への可能性やその効率についての検討を行う。
|
Research Products
(2 results)
