反跳粒子検出法を用いた水素酸素燃料電池中の過渡的捕捉水素濃度の評価法の確立

反冲粒子检测法建立氢氧燃料电池瞬态捕获氢浓度评估方法

基本信息

批准号：
15760516
负责人：
土屋文
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

水素吸蔵合金を用いた小型水素酸素燃料電池の開発において、水素吸蔵合金から固体電解質として使用されるプロトン導電性酸化物への水素の輸率および移動速度が極めて重要なパラメータとなる。本研究では、酸化物層で覆われたチタン水素化物を作成し、2.8MeV He^<2+>イオンビームを用いた反跳粒子検出(ERD)法によって、チタン水素化物のバルクから最表面に形成された酸化物層への水素移動について調べた。ジーベルト水素吸収装置を用いて、寸法10φ×1.0t mm^3、面心立方晶(δ相)のTiH_<1.95>およびTiD_<1.96>試料を水素ガス圧力と温度を調節することにより作製した。これらの試料表面には約10nmの酸化物(TiO,TiO_2)層が形成されていることがCAICISSおよびXPSを用いて確認された。423Kから488Kまでの範囲において等温加熱実験を行い、各加熱時間後に試料中に捕捉された水素濃度をERD法により測定した。各加熱時間後のTiH_<1.95>およびTiD_<1.96>試料表面の水素濃度分布から、水素濃度は加熱時間の増加と共に減少し、50nm以下の最表面付近の水素濃度は200nm以上のバルク中の水素濃度より低いことがわかった。この深さに対する水素濃度勾配について、水素移動に関与する拡散、捕獲および脱捕獲を考慮した質量平衡方程式を用いて解析し、バルクから酸化物表面への水素のみかけの拡散係数および水素化物-酸化物層界面における水素の脱離係数を求めた。TiD_<1.96>試料におけるこれらの係数はTiH_<1.95>試料における係数よりも低く、同位体効果が観測された。また、みかけの拡散係数および脱離係数の活性化エネルギーはそれぞれ0.54±0.10および1.20±0.02eVと決定された。これらの値はそれぞれ4面体位置のトラップサイトおよび水素化物-酸化物層界面のポテンシャルエネルギーに対応すると考えられる。

在使用氢储存合金的小氢氧燃料电池开发中，氢从氢存储合金到用作固体电解质的质子电导氧化物的传输速率和转移速率是极为重要的参数。在这项研究中，通过使用2.8 MeV He^<2+>离子束研究了氢化钛覆盖的钛氢化物，并从大部分氢化钛到最表面形成的氧化物层覆盖。通过调节氢气压力和温度来制备Ziebert氢吸收器，tiH__ <1.95>和TID_ <1.96>尺寸10φ×1.0T mm^3的样品，面部中心的立方晶体（δ相）。使用Caiciss和XPS证实，在这些样品的表面上形成了约10 nm的氧化物（TIO，TIO_2）层。等温加热实验在423k至488k的范围内进行，并通过ERD方法测量每个加热时间后在样品中捕获的氢浓度。每次加热时间后TIH__ <1.95>和TID_ <1.96>样品表面上的氢浓度分布表明，氢浓度随加热时间的增加而降低，并且在50 nm以下的氢浓度低于50 nm以下的氢浓度低于大量200 Nm或更多的氢浓度。使用质量平衡方程式分析了该深度的氢浓度梯度，这些方程考虑了氢转移涉及的扩散，捕获和脱发，并确定氢从大量到氧化物表面的扩散系数以及在氢化物氧化物层界面上氢的解吸系数。 TID_ <1.96>样品中的这些系数低于TIH_ <1.95>样品中的系数，并且观察到同位素效应。表观扩散和解吸系数的激活能也分别确定为0.54±0.10和1.20±0.02EV。这些值被认为对应于陷阱位点的势能和四面体位置处的氢化物 - 氧化层界面。