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Design of proton-conducting solid oxide electrolysis cells and electrochemical reactors for ammonia electrosynthesis systems

用于氨电合成系统的质子传导固体氧化物电解槽和电化学反应器的设计

基本信息

批准号：
22KJ0807
负责人：
岡崎萌
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和4年度には、アンモニア電解合成に向けたプロトン伝導性セラミック電解セル(Protonic Ceramic Electrolysis Cell; PCEC)の「反応機構に基づいたセルの高性能化」と「作動温度の低温化」の目標に対して、PCECの電極構造とセル構造の観点からセルの開発及び電気化学評価を行った。カソード側の雰囲気を窒素のみから窒素と水素の混合雰囲気に変更することによってアンモニア生成速度は加速するが、その反応機構及び反応場の解明は課題となっている。本研究ではまず、窒素と水素を共供給した一室装置において、電解質支持型セルの電極構造に着目することで、反応場に関する議論を行った。三相界面を多く有するサーメット電極に比べ、触媒金属のみを含む電極でもアンモニア生成速度が同等に加速されたことから、電解質材料・触媒材料・供給ガスが接する三相界面以外にも電極上に反応場があると示唆された。さらに、電極の膜厚の観点からは、電解質近傍の限られた領域のみが電気化学的に有効であることを確認した。これらの反応場に関する知見を基に、更なるカソード電極の改善及びセルの高性能化が見込まれる。また、セル構造の検討を通して、作動温度の低温化を実現した。PCECを用いて高いアンモニア生成速度を得るには従来550 °C以上が必要とされていたが、本研究では薄膜電解質を有する電極支持型セルを利用することによって、今まで報告されているアンモニア生成速度の最大値と同レベルの生成速度を400 °Cで観測した。電極支持型セルの電気化学特性評価から、カソード電極に分極が十分にかかること、すなわち、アノード電極と電解質由来の抵抗を抑えることがアンモニア生成速度上昇の理由だと示唆された。アンモニア電解合成用PCECの低温化は、将来の社会導入に向けて、変動する再生可能エネルギーへの適応性や熱力学的な観点から重要になる。

In 2004, the electronic synthesis of electrical equipment and equipment has been introduced to the production of high-performance electronic equipment (Protonic Ceramic Electrolysis Cell; PCEC) in anti-financial institutions, such as the low temperature of operation, the production of electrical equipment, the production of electrical equipment, and the production of electrical and chemical equipment. It is necessary to increase the speed of production of asphyxia, asphyxiation, asphyxia, asphyxiation, asphyxiation, asphyxiation, In this study, both asphyxiated and asphyxiated water are supplied to the one-room equipment of the hospital, and the electronic support system is used in the production of target equipment and anti-market discussion equipment. In the three-phase interface, there are many kinds of electrodes in the three-phase interface, and the generation speed of the catalyst metal in the three-phase interface is the same as that in the three-phase interface. in addition to the three-phase interface, the catalyst materials are used to accelerate the production speed of the catalyst materials. In the field of electrical chemistry, the thickness of the film, the temperature, the limit, the field of electrochemical chemistry. We should pay more attention to the basic information, improve the performance and improve the performance of the power system. Equipment, equipment, equipment and equipment. The generation speed of PCEC is higher than 550C. In this study, there is an active support for thin-film resolution. The generation speed of current reports is about the same as that of 400 °C. The chemical properties of electronically supported electrical equipment are very important in the chemical properties of electrical engineering. The reason for the formation of active electrolysis is the speed of generation. In recent years, the cryogenization of PCEC for electrolysis and synthesis, the trend of society in the future, and the regeneration of mechanical devices may affect the importance of the mechanics of sexual mechanics.