SrCeO _3(+Yb_2O_3)内の水素イオンの移動現象における同位体効果とその応用

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63550490
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology, Faculty of Engineering
• Principal Investigator: 武津 典彦 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (80029355)
• Keywords: 固体電解質 / プロトン導電体 / 固体電気化学 / 同位体効果 / 重水素 / 同位体分離 / 高温水蒸気電解

Research Abstract

本年度は本電解質中の物質移動における同位体効果を詳細に調べることを目的とした。本電解質からなるタンマン管状の試料の内外面に白金ペ-ストを焼結し電極とし、これをタ-ボ分子ポンプで構成した真空系に直接接続し、内部を真空に引き、残留ガス分圧を四重極質量分析計で測定した。これらの値と、別に測定した真空系の排気量の値から、試料を透過するガス量を決定した。軽水+重水(1:1)の蒸気を含む酸素およびアルゴンを試料外部に流し、電極間を開回路にした場合(700度C)および電極間に電圧を印加した場合(500度C)について、透過ガスの定量分析を行った。その結果、以下のことが明らかになった。
(1)ガスの透過現象は以前に著者が提出した欠陥のモデルで定量的に説明が可能である。(2)透過ガスの定性分析の結果、電圧を印加しない場合にはH_2O,HDO,D_2Oが主な透過ガスであり、内部を負に電圧を印加するとそれらにH_2,D_2、DHが加わる。(3)電圧を印加しない場合、H_2O,HDO,D_2Oの透過量比は理論的な混合比よりやや軽水素が多くなる。アルゴンを用いると透過ガス量は軽水+重水とアルゴンの混合比にあまり依存せず、H_2O,HDO,D_2Oの透過量比でほぼ1:1:0.5となる。また、酸素を用いた場合には透過ガス量は軽水+重水と酸素の混合比に依存し、酸素が少ない方が透過量は大きい、H_2O,HDO,D_2Oの混合比は1:1:0.3程度となり、軽水素の透過比がアルゴンの場合に比べて大きい。(4)電圧を印加した場合、内部を負として印加すると、電圧の増大とともに、H_2のほか、H_2O,HDO,D_2Oの透過量も増大する。+2Vの印加では、H_2,H_2O,HDO,D_2,D_2Oの透過比はほぼ、8:3:2:1:1となり、軽水素の透過量が重水素の透過量に比べてほぼ6倍大きくなる。この結果は、電気電導度に見られた移動度の同位体効果では説明できず、電極反応速度に何等かの同位体効果が現れているものと推定される。

Research Products

• [Publications] 武津典彦: "プロトン導電性固体電解質SrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-γ>の電気伝導度の雰囲気依存性" 日本金属学会誌.
• [Publications] Norihiko FUKATSU: "Transport Phenomena in Proton Conducting Solid Electrolyte SrCe_<0.95>Yb_<0.05>HδO_<3-γ>" Extended Abstracts,7th International Conference on Solid State Ionics (Hakone,Japan). 332-332 (1989)
• [Publications] 出川英孝: "プロトン導電性固体電解質SrCe_<0.95>Yb_<0.05>HδO_<3-γ>中での物質移動" 日本金属学会春期大会講演概要(1990.4). 106. 449-449 (1990)
• [Publications] 山田みすず: "プロトン導電性固体電解質SrCe_<0.95>Yb_<0.05>HδO_<3-γ>の雰囲気による組成変化" 日本金属学会春期大会講演概要(1990.4). 106. 449-449 (1990)