プロトン導電性セラミックを利用した電気化学的水素分離に関する研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63470061
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 岩原 弘育 名古屋大学, 工学部, 教授 (80023125)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江坂 享男 鳥取大学, 工学部, 教授 (70116317) ; 余語 利信 名古屋大学, 工学部, 助教授 (00135310)
• Keywords: プロトン / セラミック / 水素分離 / 硫化水素 / イオウ / 拡散限界電流 / プロパン / 電位走査法

Research Abstract

各種混合ガスから水素のみを高温の場で分離する効率のよい方法として、高温型プロトン導電性セラミックスを用いた電気化学的分離法の開発を目指し、小型水素分離装置を試作して、水素分離の実験を行なった。
1.水素ガス分離装置の試作・・・・・外径10mm、長さ180mm、厚さ1mmのSrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3ーα>組成のプロトン導電性セラミックス管の内・外壁に多孔質白金を材質とした電気化学的水素透過のための通電用電極と水素濃度検知用電極を取り付け、これをヒ-タ付磁製管内に挿入して二重管構造とした小型の分離装置を試作した。二重管の内または外管に水素を含む混合ガスを導入し、通電用電極に直流を流して水素の分離・抽出実験を行なった。その結果、これまでの基礎実験から予測されたように、通電電流に応じて水素のみを効率よく分離できることを実証できた。この装置に硫化水素を導入すると、装置内の高熱でイオウと水素に分解し、水素のみを分離できることも明らかとなった。また、管内に取り付けた水素濃度検知極間に生じる電圧信号を分離用通電電流源にフィ-ドバックさせ、混合ガス中の水素濃度を一定に保よう制御することにも成功した。
2.有機化合物ガスへの応用・・・・・上記のセラミックを用いて、イソプロパノ-ルおよびエチルベンゼンから電気化学的脱水素を試みたところ、少量ではあるが、それぞれアセトンおよびスチレンの生成が認められた。また、プロパンー水素混合ガスから水素のみを分離できることを実証した。
3.電極材および電極反応の検討・・・・・水素分離の際に問題となる拡散源かい電流と混合ガスの濃度の関係を新規に考案した電位走査法により系統的に調べることができた。

Research Products

• [Publications] H.Iwahara: "Hydrogen Production Using Oxide Ionic or Protonic Conductor" Proc.of the 2nd Asian Conference on Solid State Ionics. 147-154 (1990)
• [Publications] H.Uchida: "Limiting Current in a Highーtemperature Hydrogen Pump with a SrCeO_3ーbased Proton Conductor" J.Appl.Electrochem.20. 390-394 (1990)
• [Publications] T.Yajima: "Relation Between Proton Conduction and Concentration of Oxide Ion Vacancy in SrCeO_3 Based Sintered Oxides" Solid State Ionics. 40/41. 914 (1990)
• [Publications] S.Shin: "Protonic Conduction in the Single Crystals of SrZrO_3 and SrCeO_3 Doped with Y_2O_3" Solid State Ionics. 40/41. 910 (1990)
• [Publications] 岩原 弘育: "プロトン導電性セラミックスを用いた硫化水素熱分解ガスからの水素分離" 電気化学. 59. 76 (1991)
• [Publications] H.Iwahara: "Nerstian Hydrogen Sensor Using BaCeO_3ーbased,Protonーconducting Ceramics Operative 200℃ー900℃" J.Electrochem.Soc.138. 295 (1991)