希土類化合物による電極触媒の反応場の活性化

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種々の酸化物を添加したNi電極におけるH_2-O_2燃料電池の発電特性を調べたところ、Ni-YSZ(安定化ジルコニア)に比べNi-CeO_X系サ-メットがH_2を燃料とする燃料電池において、同じ電圧で比較した場合、一層高い電流密度を与え、他の遷移金属酸化物の系ではこのような結果を得られず、分極導電率もNi-CeO_Xの方が大きいのでCeO_X粒子は電極反応の促進作用があると考えられる。Niが含まれる限り、Ni-YSZもNi-SDC(SDC:Samaria-dopes Ceria)も水蒸気改質反応に対して高活性で、ともに平衡添加率にほぼ一致しメタンの水蒸気改質反応を進行させる内部改質反応に有効であることを示した。Ni-YSZサ-メットにおいては発電中のNiの焼結にともなう劣化が大きな問題となっている。ここでNiにYSZや種々の耐熱性セラミックスを混合し、高温における焼結性について検討した。粒子径の異なるNi-YSZやNi-CeO_Xをそれぞれ1100℃空気中焼成後、1100℃H_2中の燃焼後の表面の反射電子像を調べた。空気中1100℃焼き付け後はサ-メット試料の微構造には大きな差はなく、数μmの大きさの粒子であった。H_2中処理では各試料の微構造は大きく異なり、処理前の粒子の大きさを強く反映している。Ni-CeO_Xでは焼き付け後に比べ粒成長は見られるが数μm程度の粒子径を保っている。このようにNiに混合するセラミックス粒子の焼結性あるいは粒子径によりNi自身の焼結性が影響を受けることがわかった。高温で微粉状態を保っているセラミックスと混合するほど、その周囲にあるNiの焼結を抑制する効果が大きいと考えられる。