| 研究課題/領域番号 |
18360326
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
構造・機能材料
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高村 仁 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (30250715)
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| 研究分担者 |
岡田 益男 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80133049)
亀川 厚則 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (90292242)
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| 研究期間 (年度) |
2006 – 2007
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| 研究課題ステータス |
完了 (2007年度)
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| 配分額 *注記 |
12,290千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 990千円)
2007年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2006年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円)
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| キーワード | 酸素透過膜 / メタン改質 / 水素製造 / エクセルギー / セリウム酸化物 / 混合導電性 |
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| 研究概要 |
本研究では、セリウム酸化物基複合体型酸素透過膜モジュールを実際にシステムに実装し、エクセルギー評価に基づく酸素透過膜の導電特性の最適化により高い水素製造効率を達成する指針を得ることが目的である。平成18年度は、1)酸素透過膜型水素製造システムの作製とメタン改質特性の測定、2)酸素透過膜の導電特性の解明を実施した。作製された酸素透過膜モジュールのメタン改質試験は780〜950℃の範囲で行われ、膜材料の酸素透過速度から予測される水素製造量が得られた。膜のイオン・電子伝導度はイオンブロッキング法により分離され、900℃では高酸素分圧側から低酸素分圧側に移行するにつれて10^<-7> bar近傍で主要キャリアが酸素イオンから電子に代わることが判明した。平成19年度は、1)酸素透過膜の発熱量評価、2)固体電解質を用いた水素・電力併産システムとのエクセルギー損失の比較を実施した。電気伝導度の酸素分圧依存性から酸素透過に伴う膜のジュール発熱量は150 sccmのメタン投入量当たり8.4 Wと決定された。固体電解質としては20mol%Sm添加CeO_2を用い、電極にはBa_<0.5>Sr_<0.5>Co_<0.8>Sr_<0.2>O_<3-δ>と(Ce_<0.8>Sm_<0.2>)O_2-50vol%NiOを用いた。作製したセルをAr-10%CH_4を燃料として700℃での部分酸化反応に供したところ、電流密度が288 mA/cm^2のとき最高出力密度131 mW/cm^2を得た。このシステムの熱力学コンパスを作成したところ出力密度に比例してエクセルギー効率は上昇し最高出力密度の作動点において最大46.7%に達した。一方、酸素透過膜による水素製造システムと擬似できる短絡状態における効率は22.8%であり、排熱等を与エネルギープロセスとして組み込むことが可能な高温環境下では水素・電力併産型の効率が高いことが分かった。
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