プロトン導電性固体電解質内の水素および酸素ポテンシャルプロファイルの解析

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本研究は、プロトン・酸化物イオン・正孔・過剰電子を電荷担体とする固体電解質の内部に生ずるポテンシャルプロファイルを明らかにし、さらに、これらの固体電解質により構成した水素酸素濃淡電池に生ずる起電力を理論的、一般的に取り扱うことが目的であった。しかしながら、現在既に溶融アルミニウムの脱ガスプロセスにおける水素センサー素子として実用化されている代表的なプロトン導電性固体電解質の一つであるInをドープしたCaZrO3については、プロファイルを明らかにしなくても起電力が理論的に取り扱えることが本研究により明らかになった。そこで、当初の目的とは異なり、この固体電解質に生ずる起電力のみにターゲットを絞り、先の理論と実験が一致するか否かを実験的に確認することに力点をおいた。その結果、光の理論が正しいことが証明できた。この研究により、この固体電解質の利用は、今まで限定された条件から、幅広い条件下での利用が出来るようになり、水素-金属系の熱力学等の基礎的な研究から、各種の金属の精練時のプロセスコントロール等の工業的な研究まで幅広い利用が可能になったと考える。したがって、当初の最終的な目的は十分に達成でしきたと考える。また、この理論は他の同種のプロトン導電性固体電解質には適用出来ず、一般的に起電力を取り扱うためには、先の理論を内包した新たな理論構築が必要であることがわかった。