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2002 年度 実績報告書

アルミナをベースとした超高温用水素イオン(プロトン)導電性固体電解質の開発

研究課題

研究課題/領域番号 13450308
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

武津 典彦  名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (80029355)

研究分担者 栗田 典明  名古屋工業大学, 工学部, 助手 (20292401)
キーワードα-アルミナ / プロトン電導 / 水素溶解度 / 固体電解質 / 水素センサー / プロトン伝導体 / 水素濃淡電池 / OH伸縮振動
研究概要

前年度に引きつづきアルミナ単結晶を用いて添加元素のプロトン導電体特性に与える効果について調べた。プロトンを導入するための2価のドーパントにはMgが優れていることが作年度の研究で確かめられたが、Mg以外のドーパントの効果も引き続いて調べた。Crを添加した場合には高水素分圧下で酸化物イオン電導が認められた。Tiをドープした場合には高水素分圧下でプロトン電導が認められ、水素の存在位置を調べたところ、Mgドープの場合と同じ酸素-酸素間に存在することが分かった。Ni、Coをドープした場合にもプロトンが導入されことが認められた。Coドープの場合には高酸素雰囲気で3価の形で溶解し、高水素雰囲気で2価に還元されると同時に水素炉侵入型プロトンで導入されることが明らかになった。
Mgをドープした試料について単結晶の熱衝撃特性の向上をめざして第三元素の添加を試みた。Cr, B, Ti, Sm, Nd, La, Ce等の添加を試みたが、Sm添加によって単結晶に生じる亀裂が若干抑えられる効果が認められた。
このようにアルミナをベースとするプロトン導電体の特性が明らかとなったので、市販の多結晶焼結体(実際には焼結助剤として過飽和のMgを含む)を固体電解質とした濃淡電池型の水素センサーの特性について調べた。両極をガスとした場合には良好な水素センサーとして利用できることを確認した。またその起電力はSchmarzlied型の式で良く表され、式内に含まれる電導のパラメータを温度の関数として求めた。
さらに溶融金属に浸漬するタイプのセンサーとしての利用を考え、電極を液体銅として水素濃淡電池の特性を調べた。その結果1250℃以上の高温で長時間用いると、Cuがアルミナと反応し、プロトン導電体としての特性が劣化すること観察され、銅用の浸漬型のセンサーとしては短時間で使用する消耗型タイプが望ましいことが分かった。

  • 研究成果

    (6件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (6件)

  • [文献書誌] N.Fukatsu et al.: "Incorporation of Hydrogen into Magnesium Aluminate Spinel"Solid State Ionics. 152-153C. 809-817 (2002)

  • [文献書誌] N.Kurita et al.: "Measurements of Hydrogen Permeation through Fused Silica and Borosilicate Glass by Electrochemical Pumping using Oxide Protonic Conductor"Solid State Ionics. 146巻. 101-111 (2002)

  • [文献書誌] N.Kurita et al.: "Anlysis of Defect Structure of the Proton Conducting Oxide CaZr_<0.9>In_<0.1>O_<3-δ> by DC-Polarization Technique"J.Electroche.Soc.. 149巻. D104-D111 (2002)

  • [文献書誌] N.Fukatsu et al.: "Incorporation of Hydrogen into Magnesium Doped α-alumina"Extended Abstract of 11^<th> International Conference on Solid State Protonic Conductors. PA2 (2002)

  • [文献書誌] N.Kurita et al.: "Hydrogen Concentration Cell using α-Alumina as a Solid Electrolyte"Extended Abstract of 11^<th> International Conference on Solid State Protonic Conductors. PA3 (2002)

  • [文献書誌] N.Fukatsu, N.Kurita: "Hydrogen Sensor Based on Oxide Proton Conductors and its Application to Metallurgical Engineering"Extended Abstract of 9^<th> Euro Conference on Ionics. 28-29 (2002)

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公開日: 2004-04-07   更新日: 2016-04-21  

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