プロトン導電性固体電解質を用いた溶融金属の水素溶解度の決定

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ペロブスカイト型酸化物プロトン導電体等を電解質として用い、溶融金属を電極として電池を構成し、電量滴定を行うと、水素の移動量を電流として、濃度を電圧として捉えることができるので、溶融金属中の水素の溶解度を容易に決定することができる。この測定においては、電解質自体から発生する水素量について正確な補正を行う必要があり、そのためには、これら固体電解質の直流分極状態におけるポテンシャル・プロファイルを知ることが必要となる。本研究ではそのために、プロトン導電体CaZrO_3(^+In_2O_3)を電解質にし、白金多孔質燒結体を電極に用いたガス濃淡電池を構成し、その直流分極特性を調べた。タンマン管型の試料の内部にArを封じ、外部には一定の組成の水蒸気と水素の混合ガスを流して水素と酸素のポテンシャルを一定に保ち、外部の極を負に内部が正になるように電圧を印加して分極を行い、分極電流の印加電圧依存性を色々な酸素ポテンシャル、水素ポテンシャルのもとで測定した。この条件で水素および酸素が共にブロックされているとして、すでに報告されている格子の欠陥構造に基づいて解析したところ、実験値と理論値は良く一致することが確認された。以上より、欠陥構造の正しさと所謂へブ・ワグナーの分極条件が成立することが確認できたので、この条件における、電解質内の水素と酸素のポテンシャル・プロファイルを求めた。この結果、電解質内の水蒸気分圧は一定に保たれることが確認され、分極条件の変化によって電解質から発生する水素量は理論的には無視できることが明らかになった。