プロトン導電性セラミックスを利用した電気化学的水素分離に関する研究

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63470061
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 岩原 弘育 鳥取大学, 工学部, 教授 (80023125)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内田 裕之 鳥取大学, 工学部, 助手 (20127434) ; 江坂 享男 鳥取大学, 工学部, 助教授 (70116317)
• Keywords: 水素分離 / プロトン導電性セラミックス / 硫化水素 / ペロブスカイト型酸化物 / プロトン導電率

Research Abstract

本研究は、高温型プロトン導電性セラミックスを用いて各種混合ガスからその場で水素のみを電気化学的に分離する効率的な方法を目ざしたもので、本法による水素分離を実験的に確かめ、これに使用するセラミックスの高性能化をはかることを目的とした。
本年度の研究成果を要約すると次のようになる。
1.水素分離用セラミックスのプロトン導電性の検討
SrCe_<1-x>Yb_xO_<3-α>系セラミックスの高温・水蒸気雰囲気におけるプロトン濃度を昇温脱離法によって測定した結果、在来の酸化物にくらべて約二桁高いプロトン濃度を有することが判明した。この濃度は、酸化物中へのYbの置換率xの増大と共に増大するがx=0.1付近でほぼ飽和することがわかった。また、この濃度と導電率から求めたプロトンの移動度は、濃度の増大と共に低下する傾向があり、水素分離能率を高めるために必要なプロトン導電率の向上には、温度と水蒸気分圧によってきまる最適Yb置換率を決定する必要があることがわかった。
2.高温ガスからの水素分離の実証
SrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-α>組成のセラミックス管の内・外壁に多孔性白金電極を焼付け、600〜800℃の高温で外部に硫化水素ガスを流し内側電極を負極として通電したところ通電電流値に見合った速度で管内に水素ガスが分離されることを実証できた。ただし数十mA/cm^2以上の高電流密度では電流効率が低下することが確認されたので、これについてはその改善策を来年度検討する予定である。
3.更に良好なプロトン導電性セラミックスの探索
各種ペロブスカイト型酸化物を新しく合成し、高温におけるイオン導電率を検討した結果、BaCe_<1-x>YxO_<3-α>系焼結体が在来の酸化物を凌ぐ高いプロトン道電率を示すことを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 岩原弘育: J.Electrochemical Society. 135. 529-533 (1988)
• [Publications] 岩原弘育: Solid Statae Ionics. 28. 573-578 (1988)
• [Publications] 岩原弘育: J.Applied Electrochemistry. 18. 173-177 (1988)
• [Publications] 岩原弘育: Proceedings of the International Seminar on Solid State Ionic Devices. 309-323 (1988)
• [Publications] 岩原弘育: 材料科学. 275-282 (1988)
• [Publications] 岩原弘育: ペテロテック. 12. 224-230 (1989)