ヒドリドイオン・電子混合伝導体の開発と水ー二酸化炭素共電解セルへの応用

氢化物离子/电子混合导体的研制及其在水-二氧化碳共电解槽中的应用

• 批准号: 22J11601
• 负责人: 鳥海 創
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-22 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22J11601/
• 关键词: ヒドリドイオン; 水素透過

本研究では立方晶ペロブスカイトBaZr0.5In0.5O2.75（BZI；乳白色）を水素雰囲気中で加熱すると大量の酸素欠損を持つ酸水素化物BaZr0.5In0.5O2.75-xHy（H-BZI；黒色）に転移することを見出した。BZIおよびH-BZIはともに立方晶ペロブスカイト構造であり、水素加熱による格子収縮はわずか0.07%であることがわかった。熱重量測定から、水素加熱によってBZIは酸素欠損を生じ、酸素不定比は2.75から約2.25へと変化することがわかった。さらに中性子線回折のリートベルト解析およびIn-K XAFSの結果を合わせるとH-BZIの正味の組成はBaZr0.5In(II)0.5O2.25H0.5と表すことができ、水素加熱によってInは還元されその平均価数は2価となることが明らかになった。PCT測定からH-BZIでは水素ガスが直接溶解することが示唆された。水素化に伴う小さな格子定数変化から、BZI焼結体を形態および機械的強度を維持したままH-BZI焼結体に転換することができた。電気伝導率測定からH-BZIは乾燥水素中で電子ホッピング伝導を示し、また400 oC以下での温度依存性は小さく、10-2 S cm-1程度の比較的高い伝導率を示した。H-BZI焼結体を用いた水素ポンピング試験では、作用極側の水素濃度をモニタリングしながら正または負にそれぞれ分極したところ、正の際に水素濃度が上昇し反対に負の際には減少した。このことからH-BZI中ではH－イオンが伝導しており、H-BZIはH－/e－混合伝導体であると確認した。SOFCで一般的に用いられる還元処理により、Niサーメット多孔質支持体上に緻密な膜を形成したH-BZI膜デバイスを作製した。水素透過試験の結果、400 oC以上の温度域で、従来のプロトン伝導性セラミックス膜よりも高い水素透過度が確認された。

In this study, the cubic crystal BaZr0.5In0.5O2.75 (BZI; milky white) was heated in the presence of a large amount of acid loss due to acid hydrate BaZr0.5In0.5O2.75-xHy (H-BZI; black). BZI Heat weight measurement, water element heating, acid element loss, acid element variable ratio, about 2.75, about 2.25 In addition, when the detailed analysis of the neutral sub-wire turns and the In-K XAFS results are combined, the positive composition of the H-BZI is BaZr0.5In(II)0.5O2.25H0.5, and it is clear that the average number of In returns during water heating is 2. PCT determination of H-BZI is a direct dissolution of water. H-BZI sintered body morphology and mechanical strength are maintained. Electrical conductivity measurement: H-BZI shows electron conductivity in dry water, temperature dependence below 400 ° C, and relatively high electrical conductivity at 10-2 S cm-1. H-BZI sintered body with water element concentration on the active electrode side, water element concentration on the active electrode side H-BZI H- SOFC is generally used for the formation of dense films on porous supports and the manufacture of H-BZI films. Water transmission test results, temperature range above 400 ° C, the temperature of the film conductivity, high water transmission was confirmed.

项目成果

ペロブスカイト型BaZr0.5In0.5O2.75-xHy酸水素化物の構造とH－/e－混合伝導性

钙钛矿BaZr0.5In0.5O2.75-xHy氢氧化物的结构和H-/e-混合电导率

• 发表时间: 2022
• 作者: 鳥海 創;小林 玄器;齊藤 高志;神山 崇;酒井 孝明;能村 貴宏;北野 翔;幅崎浩 樹;青木 芳尚
• 通讯作者: 青木 芳尚

Hydride ion electron mixed conducting perovskite oxyhydride BaZr0.5In0.5O2.75-xHy

氢阴离子电子混合导电钙钛矿氢氧化合物BaZr0.5In0.5O2.75-xHy

• 发表时间: 2022
• 作者: Hajime Toriumi;Sho Kitano;Hiroki Habazaki Yoshitaka Aoki
• 通讯作者: Hiroki Habazaki Yoshitaka Aoki

Barium Indate-Zirconate Perovskite Oxyhydride with Enhanced Hydride Ion/Electron Mixed Conductivity

具有增强氢化物离子/电子混合电导率的锆酸钡钙钛矿氢氧化物

• DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c01467
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemistry of Materials
• 影响因子: 8.6
• 作者: H. Toriumi;G. Kobayashi;T. Saito;T. Kamiyama;T. Sakai;T. Nomura;S. Kitano;H. Habazaki;and Y. Aoki
• 通讯作者: and Y. Aoki