プロトン導電性固体電解質の金属中水素移動現象研究への応用

まず、プロトン導電性酸化物を電解質とし、液体金属を電極とした電池に交流電圧を印加し、電圧と電流の振幅比と位相差を調べることにより、液体金属中の水素の移動に関する緩和現象を解析する方法について検討した。この測定方法を確立するため、まず、固体電解質として、その特性が良く理解されている酸素イオン導電性固体電解質の安定化ジルコニアを用い、電極を液体銀として、液体銀中の酸素の移動現象について実験した。この結果、対極としては、一定の酸素ポテンシャルを持つ混合ガスと平衡させた白金電極が使用可能であることが明らかになった。すなわち、対極側の酸素移動の緩和時間は液体銀中のそれに比べて非常に短く、印加電圧の周波数によって複素インピーダンスプロット上で明確に分離できる。また、印加電圧の直流成分を制御することにより、液体金属中の濃度を適当な値に保ち、振幅を小さく設定すれば、適当な周波数範囲において、液体銀電極中の水素の拡散に起因する緩和現象のみを捉えられることが明らかとなった。この方法で測定した液体銀中の酸素の拡散係数は、7.26×10^<-3>exp(-40.5(in kJ)/RT)cm^2/sとなり、従来の別の方法による測定値と良く一致した。これにより交流法による液体銀中の水素の拡散係数の測定方法が確立できた。ついで、単一緩和による液体金属中の水素の移動現象の解析も行った。まず、液体金属の層で二つの部屋を隔てるようにして、一方に水素ガスを流し、他方に漏れてくる水素をプロトン導電性電解質を用いた水素ポンプによって排出し、その電流量モニターすることによって、金属層中の水素の移動現象を測定する方法について検討した。その結果、液体金属をはさんで水素の大きなポテンシャル差を付けた場合には、界面張力の効果が水素の移動現象に強く関与することが解った。また、適当な濃度差をつけた場合には液体銀中の水素の拡散係数がこの方法によっても決定できることが明らかとなった。

まず、プロトン導電性酸化物を電解質とし、液体金属を電極とした電池に交流電圧を印加し、電圧と電流の振幅比と位相差を調べることにより、液体金属中の水素の移動に関する緩和現象を解析する方法について検討した。この測定方法を確立するため、まず、固体電解質として、その特性が良く理解されている酸素イオン導電性固体電解質の安定化ジルコニアを用い、電極を液体銀として、液体銀中の酸素の移動現象について実験した。この結果、対極としては、一定の酸素ポテンシャルを持つ混合ガスと平衡させた白金電極が使用可能であることが明らかになった。すなわち、対極側の酸素移動の緩和時間は液体銀中のそれに比べて非常に短く、印加電圧の周波数によって複素インピーダンスプロット上で明確に分離できる。また、印加電圧の直流成分を制御することにより、液体金属中の濃度を適当な値に保ち、振幅を小さく設定すれば、適当な周波数範囲において、液体銀電極中の水素の拡散に起因する緩和現象のみを捉えられることが明らかとなった。この方法で測定した液体銀中の酸素の拡散係数は、7.26×10^<-3>exp(-40.5(in kJ)/RT)cm^2/sとなり、従来の別の方法による測定値と良く一致した。これにより交流法による液体銀中の水素の拡散係数の測定方法が確立できた。ついで、単一緩和による液体金属中の水素の移動現象の解析も行った。まず、液体金属の層で二つの部屋を隔てるようにして、一方に水素ガスを流し、他方に漏れてくる水素をプロトン導電性電解質を用いた水素ポンプによって排出し、その電流量モニターすることによって、金属層中の水素の移動現象を測定する方法について検討した。その結果、液体金属をはさんで水素の大きなポテンシャル差を付けた場合には、界面張力の効果が水素の移動現象に強く関与することが解った。また、適当な濃度差をつけた場合には液体銀中の水素の拡散係数がこの方法によっても決定できることが明らかとなった。