水素吸蔵合金とプロトン導電性固体間のプロチウム輸送

储氢合金与质子传导固体之间的氕传输

• 批准号: 12022225
• 负责人: 山口 貞衛
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Chiba Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12022225/
• 关键词: hydrogen-air fuel cell; proton conducting oxide; hydrogen storage metal; spark plasma sintering

我々は、平成12年度迄の研究により、プロトン導電性固体酸化物の電解質と水素吸蔵金属の電極を用いる電気化学セルを試作して、プロトン導電性固体電解質と水素吸蔵電極間のプロチウムの移動を起電力測定と高速イオンビームを用いる水素定量分析法により調べ、このセルが水素-酸素燃料電池や水蒸気の電気分解用装置として働くことの実験的証拠を得ることができた。この結果に基づいて、平成12年度は、SrCe_<1-X>Yb_XO_<3-X/2>やBaCe_<1-X>Y_XO_<3-X/2>(x=0.05,0.1)などのプロトン導電性固体酸化物を電解質に、そしてTiH_2やMgH_2などの水素吸蔵金属を負電極への水素供給源とする負電極密封型燃料電池を試作して、その性能を評価した。この燃料電池は、水素吸蔵金属から約0.1MPaの水素ガスが放出される温度に保つだけで理論より期待される約1.2Vの起電力を発生し、負荷の下でも安定に放電する。そして、この電池からは最大で0.22kW/m^2の出力が得られている。しかし、このタイプの中間温度(300〜600℃)で運転する燃料電池の実用化を図るためには電池の出力を一桁以上大きくする必要がある。試作した燃料電池の放電特性の測定結果から、電池の出力を増大するためには電池の内部抵抗を減少する必要があり、我々は、電池の内部抵抗に寄与する諸因の中で電解質の電気抵抗が最も大きいことを明らかにした。電解質の電気抵抗を軽減して出力の増大を図るためには、導電率の高いプロトン導電性固体を薄板の形で電解質に用いる必要がある。我々は、導電率が高く且つプロトン輸率が100%に近い値を示すプロトン導電性ペロブスカイト型酸化物Ba_3Ca_<1+X>Nb_<2-X>O_<9-3X/2>及びBaCe_<1-X>O_<3-X/2>を燃料電池の電解質候補材料に選び、放電プラズマ焼結法により、プロトンの移動速度の増大を図るために組成を傾斜させた薄板ペレット試料を作製し、この酸化物薄板を電解質に用いる燃料電池の性能の評価を計画している。

I 々 は, pp.47-53 12 effect の research に よ り, プ ロ ト ン conductive solid acidic content の electrolyte と water element 蔵 の metal electrode を absorption with い る electric chemical セ 気 ル を attempt し て, プ ロ ト ン conductive solid electrolyte と water element absorption 蔵 electrodes の プ ロ チ ウ ム の mobile を power measurement と high-speed イ オ ン ビ ー ム を with い る water element quantitative analysis に よ り べ , こ の セ ル が water element - acid fuel cell や water steam 気 の electric 気 decomposition with device と し て 働 く こ と の be 験 evidence 拠 を must る こ と が で き た. こ の results に づ い て, pp.47-53 12 は, SrCe_ < 1 - X > Yb_XO_ < 2 > 3 - X / や BaCe_ < 1 - X > Y_XO_ < 2 > 3 - X/(X = 0.05, 0.1) な ど の プ ロ ト ン conductivity acidification に を electrolyte, solid そ し て TiH_2 や MgH_2 な ど の water 蔵 metal absorption を negative electrode へ の plain water supply source と す る negative electrode sealed type fuel cell を attempt し て, そ の を performance evaluation 価 し た. こ の は fuel cells, water absorption 蔵 metal か ら about 0.1 MPa の water element ガ ス が release さ れ る temperature に bartender つ だ け で theory よ り expect さ れ る の up about 1.2 V power を 発 し, under load の で も settle に discharge す る. The そ て て, the <s:1> battery ら ら, the maximum で is 0.22kW/m^2, the <s:1> output is が and られて る る. し か し, こ の タ イ プ の middle temperature (300 ~ 600 ℃) で transport planning す る の fuel cells be used the を 図 る た め に は battery の output を above one girder big き く す る necessary が あ る. Attempt し た の fuel cells discharge properties の determination results か ら, battery の output を raised large す る た め に は battery internal resistance の を reduce す る necessary が あ り, I 々 は, battery internal resistance の に send す る で for の of electrolyte の bigger 気 resistance が most も き い こ と を Ming ら か に し た. Electrolyte 気 の electricity resistance を 軽 minus し て output の raised large を 図 る た め に は, high conductivity の い プ ロ ト ン conductivity の shape of sheet solid を で electrolyte に with い る necessary が あ る. I 々 は, high conductivity が く and つ プ ロ ト が ン lose rate 100% に nearly い numerical を shown す プ ロ ト ン conductivity ペ ロ ブ ス カ イ ト type acidification content Ba_3Ca_ < 1 + X > Nb_ < 2 - X > O_ < 2 > 9-3 X/and び BaCe_ < 1 - X > O_ < 2 > 3 - X / を に choose び alternate fuel cell の electrolyte materials, discharge プ ラ ズ マ 焼 knot method に よ り, プ ロ ト ン の movement speed の raised large を 図 る た め tilt of に を さ せ た sheet ペ レ ッ ト sample を as し, こ の acidification sheet を electrolyte に content with い る の の performance evaluation of fuel cells 価 を project し て い る.

项目成果

山口,湯上,池田: "Operation of hydrogen-air fuel cells based on proton conducting oxides and hydrogen storage metals"Journal of Alloys and compounds. 1(印刷中). (2001)

Yamaguchi、Yugami、Ikeda：“基于质子传导氧化物和储氢金属的氢空气燃料电池的运行”合金和化合物杂志 1（出版中）。

堀地,宍戸,山口,山口: "Powder Neutron Diffraction Studies of Proton-doped and Deuteron-doped BaCe_<1-X>Yo_<3-X/2>"Journal Physical Society of Japan. 70・Suppl.A. 244-246 (2001)

Horichi、Shishido、Yamaguchi、Yamaguchi：“质子掺杂和氘核掺杂 BaCe_<1-X>Yo_<3-X/2> 的粉末中子衍射研究”日本物理学会杂志 70・增刊 244 - 246（2001）