Hydrogen permeation membran consisiting of TiNi allloys and proton conductive oxides as a Pd alternative

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本研究では，電子-プロトン両極性伝導と水素原子拡散が両立した新たなセラミック水素透過膜の開発を目的としている。初年度はベースとなる50wt%Ni-BCZYならびに50wt%Pd-BCZYの2種類のサーメットの作製に取り組んだ。Ni-BCZYはNiOとBCZY（BaCe0.7Zr0.1Y0.2O3)の機械混合物の大気中における焼成とそれに続く水素還元により作製可能であった。しかし，1450oCでの焼結後のNi元素マッピングの結果，Ni粒径は6ミクロン程度に成長していた。そこで，セラミックス相としてBCZYに10wt%のGDC（Gd0.1Ce0.9O2）を添加することでNi粒子径を3ミクロン以下にすることが可能であった。Pd-BCZYについてもNi-BCZYと同様にPdOとBCZYの機械混合物の大気焼成により作製した。PdOは大気中900oC以上でPdに還元されることから，大気中での焼結のみを行った。しかし，焼結後のPdは粒子が10ミクロン以上に粒成長しており，サーメットは極めて不均質なものとなった。これは，PdOの融点が750oCと低く，Pdへの還元以前にPdOとして溶融したためと考えられる。Pdの過度な粒成長によりPdによる電子伝導と水素原子拡散パスが遮断されることによる水素透過能の低下が懸念される。以上初年度は，Ni-BCZYとPd-BCZYの2種類のサーメット型水素透過膜の作製を行ったが，Pd-BCZYについては均質性の課題が明らかになった。次年度においては，PdOの溶融を防ぐため，次の2つの方法を試行する予定である。１つ目は，焼結時の昇温速度を速くして溶融と同時にPdへの還元を試みることであり，２つ目は還元雰囲気（ArあるいはH2）での焼結である。これにより低温でPdに還元させることで，Pdの粒成長を防ぐ。