太陽エネルギーによる水の熱分解からの水素製造用耐熱衝撃性高融点固体電解質の開発

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研究課題について萌芽的研究を行なったので報告する。種々の安定化ジルコニアの中で熱衝に強いと云われているマグネシア安定化ジルコニアに、酸素透過率の律速である電子伝導を増大させる目的で、セリアを添加した試料の酸素透過率を測定した。その成分は[(ZrO_2)_<1-x>(CeO_2)_x]_<0.9>(MgO)_<0.1>:X=0,0.1,0.2,0.3,0.4である。試料は1700℃×6hで焼結し各Xについてφ13×9mm,長さ3,7,12mmに成形した。測定はこのパイプ状試料の上下に白金パッキングを介してアルミナパイプ及び蓋を高温で圧着し、試料内部にHeを供給しガスクロマトグラフにより酸素透過率を測定した。三種類の長さの試料の測定により白金パッキングによる局部短絡効果の影響を取除くことができた。結果は各Xついて酸素透過率は温度の上昇と供に指数関数的に増大し、Xの増加と共に増大し、X=0.4の透過率はX=0の約50倍に達することが判明した。熱衝撃に関してはXの増加と共に弱くなる傾向にあった。そこでジルコニアの安定剤のイオン半径に対する耐熱衝撃を調べる目的で次ぎの試料について実験を行なった。(ZrO_2)_<0.875>[(CaO)_<1-x>(MgO)_x]_<0.125>:X=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0。実験方法は本補助金で購入した高出力赤外線放射加熱装置を用いて10×10mm厚さ1.5mmの試料について加熱速度40,80,170,300℃/minで加熱し破損を観察した。その結果、X=0.6,0.8が300℃/minの加熱速度で800〜900℃で破損し、他のものは破壊されなかった。温度上昇過程の試料の温度変化からX=0.6は熱伝導が比較的良いが、0.8は低いように思われる。耐熱衝撃破壊を詳細に調べるためには熱伝導率及び熱膨張率の測定の必要性が極めて高いことを確信した。