プロトン導電性酸化物を用いた水素同位体電池とそのセンサへの応用

质子导电氧化物氢同位素电池及其在传感器中的应用

基本信息

批准号：
12750728
负责人：
松本広重
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度の実験・検討において、プロトン導電体による水素同位体電池が生じる起電力がセンサに都合良く適用できる形をした理論式に従うことが分かった。酸化物イオン導電体セルで行った予備実験の結果も踏まえ、本年度は以下の検討を行った。(1)プロトン導電体を用いた水素同位体センサ:電解質としてプロトン導電体である10mol%のインジウムをドープしたカルシウムジルコネートを用いた電気化学セルを構成し、一方の電極室に標準ガスとして純水素を、他方の電極室に軽水素と重水素の混合ガスおよびその50%、25%希釈ガス(希釈剤はアルゴンガス)を導入し、700℃における起電力測定を行った。得られた起電力は混合ガス中の水素同位体比および水素同位体総濃度(分圧)の関数の和として得られ、検討したすべての濃度範囲において上述の理論式に一致した。したがって、本セルは、水素同位体総濃度が分かっている場合において被検ガス中の水素同位体比を検知するセンサとして働く事が明らかとなった。(2)酸化物イオン導電体を併用した水素同位体センサ:上記の電気化学セルにおいて電解質として酸化物イオン導電体であるイットリア安定化ジルコニアを用いて(1)と同様の条件で起電力を測定したところ、その起電力はほぼ水素同位体総濃度のみの関数として得られた。酸化物イオン導電体セルは平衡論的には水素同位対比に対してもプロトン導電体セルとは逆の極性で起電力を生じると考えられたが、実際にはこれに鈍感であった。これは、混合ガス(被検ガス)中の酸素分圧が、これに含まれる水蒸気により速度論的に支配されているためと考えられる。このようにして得た酸化物イオン導電体セルからの起電力は平衡値ではないものの、これを(1)のプロトン導電体セルの起電力から減じた結果は水素同位体比のみの関数となり、両セルの併用により、水素同位体を含むガス中の水素同位体比と総濃度を同時に決定できる事が明らかとなった。

在去年的实验和研究中，发现由质子导体产生的氢同位素电池产生的电动力遵循的理论方程式可以方便地应用于传感器。考虑到使用氧化离子导体细胞进行的初步实验的结果，今年进行了以下考虑。（1）使用质子导体的氢同位素传感器：使用含有10摩尔二氨基的钙含钙含钙的钙含钙的含钙的含钙的硫酸含钙的电池，将质子导体作为电解质和纯氢引入一个电极室中，并引入了50％的氢和25％的电气液和25％的稀释剂（dial iS Electon and diruent ass and diruent as crandem and dial is）。在700°C下测量电动力。获得的电动力是作为氢同位素比的总和和混合气中的总氢同位素浓度（部分压），并且与所检查的所有浓度范围内的理论方程一致。因此，已经揭示了该细胞用作一种传感器，该传感器在已知总氢同位素浓度时检测到测试气体中的氢同位素比。（2）使用氧化物离子导体的氢同位素传感器：在上述电化学细胞中，YTTRIA稳定的氧化锆（氧化物离子导体）用作电解质，并且在（1）中与（1）中相同的条件下测量电动力，并且电子力量是单独使用的电动力，将其作为函数单独的函数浓度。在平衡理论中，认为氧化离子导体细胞会产生与质子导体细胞相反的极性的电动力，但实际上它们对此不敏感。这被认为是因为混合气体中氧的二压（待测试气体）由其中包含的水蒸气动力学控制。尽管以这种方式获得的氧化物离子导体电池的电动力不是平衡值，但从质子导体电池中（1）中质子导体电池的电动力量减去它的结果是单独的氢同位素比的函数，并且已经发现，通过将两个细胞一起使用，将两个细胞一起使用，可以将两个细胞组合在一起，可以确定氢同位素比率和总浓度。