高温型プロトン導電体の水素ポンプ機能を用いた純水素製造

利用高温质子导体的氢泵功能生产纯氢

• 批准号: 14750654
• 负责人: 松本 広重
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tohoku University (2003-2004)Nagoya University (2002)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750654/
• 关键词: 水素製造; 高温型プロトン導電体; 白金メッキ; パラジウム; 三相界面; ジルコネート; 電極過電圧; 水素分離; 改質ガス; ストロンチウムジルコネート; 無電解メッキ; 水蒸気電解; プロトン; 正孔; 電極反応; イオン輸率

本研究は,「水素を二次エネルギー媒体としたエネルギーシステム」の実現に係る水素製造過程において,高温型プロトン導電体を用いた効率の高い水素製造法を検討しようとするものである.これまでに,特に炭化水素からの水素製造に際して不可欠な化学的安定性を有する電解質材料としてジルコネート系プロトン導電体を選定し,無電解メッキ白金電極やスパッタ法で調製したパラジウム電極がそれに適合する事を見いだした.特に前者は,多孔質白金電極の活性を無電解メッキという調製法の違いにより2桁以上向上させる画期的な知見であったことから,実用的なスケールアップを念頭にその電極過程を検討した.その結果,電極過電圧に対してプロットした電流密度は,どの過電圧領域においてもほぼ等しい割合で増大しており,多孔質白金と白金メッキの違いは反応場の広がりの違いに帰せられることが明らかとなった.微構造的には明らかではないが,白金メッキ法が電解質との間に密な接触,言い換えれば密度の高い三相界面を,電極反応場として提供していると考えられる.電極反応の向上を目指して混合導電性電極の適用を試みた.電解質材料と類似のジルコネート系混合導電体を用いた.その結果,多孔質白金を電極としたときに比べて電極活性の向上が見られ,面積として電極反応場を広げる手法として混合導電性電極の有効性が示めされた.しかし,その向上の幅は限定的であり,電極反応そのものの向上すなわち電極触媒活性の向上も合わせて考えなければならないことが示唆された.

这项研究旨在在氢生产过程中使用高温质子导体研究一种高效的氢生产方法，以实现“使用氢作为二级能量培养基的能量系统”。到目前为止，已经选择了基于锆酸盐的质子导体作为具有必不可少的化学稳定性的电解质材料，尤其是在从碳氢化合物中产生氢时，发现通过溅射制备的电镀金电极和钯电极是合适的。特别是，前者是一个开创性的发现，由于电气板的制备方法的差异，多孔铂电极的活性增加了两个数量级，因此我们以实际的规模检查了电极过程。结果，在任何过电压区域绘制了针对电极过压绘制的电流密度。增加几乎相等，并且发现多孔铂和铂板之间的差异归因于反应场扩散的差异。尽管从微观结构中不清楚，但人们认为铂板方法与电解质的电解质与电极反应场作为高度致密的三相界面提供了密切的接触。我们试图应用混合导电电极以改善电极反应。我们使用了类似于电解质材料的基于锆酸盐的混合导体。结果，与多孔铂用作电极相比，电极活性得到了改善，表明混合导电电极作为扩大电极反应场作为区域的方法的有效性。但是，改进范围是有限的，表明电极反应本身的改善，即，还必须考虑电催化活性的改善。

项目成果

Hydrogen isotope sensor using high temperature proton conductors

• DOI: 10.1016/j.ssi.2004.01.068
• 发表时间: 2004-11
• 期刊: Solid State Ionics
• 影响因子: 3.2
• 作者: H. Matsumoto;H. Hayashi;T. Shimura;K. Amezawa;T. Otake;K. Yashiro;Y. Nigara;A. Kaimai;T. Kawada;H. Iwahara;J. Mizusaki

高温型プロトン導電性固体を用いた水素分離

使用高温质子传导固体进行氢分离

• 发表时间: 2005
• 期刊: まてりあ 44巻・3号
• 作者: 松本 広重

Hydrogen separation using proton-conducting perovskites

• DOI: 10.1016/j.jallcom.2004.12.093
• 发表时间: 2006-02-09
• 期刊: JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
• 影响因子: 6.2
• 作者: Matsumoto, H;Shimura, T;Mizusaki, J
• 通讯作者: Mizusaki, J

H.Matsumoto, 他10名: "Hydrogen Separation from Reformed Gases Using High-Temperature Proton Conductors"Proc. 9^<th> Asian Conference on Solid State Ionics. (予定). (2004)

H.Matsumoto 等 10 人：“使用高温质子导体从重整气体中分离氢”，第 9 届亚洲固体离子学会议（计划）。

H.Matsumoto, H.Hayashi, T.Shimura, H.Iwahara, T.Yogo: "Electrochemical hydrogen isotope sensing via the high-temperature proton conductor CaZr_<0.90>In_<0.10>O_<3-α>"Solid State Ionics. 161. 93-97 (2003)

H.Matsumoto、H.Hayashi、T.Shimura、H.Iwahara、T.Yogo：“通过高温质子导体 CaZr_<0.90>In_<0.10>O_<3-α> 进行电化学氢同位素传感”固态离子学. 161. 93-97 (2003)