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

由 TiNi 合金和质子传导氧化物组成的氢渗透膜作为 Pd 的替代品

• 批准号: 22K05288
• 负责人: 板垣 吉晃
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05288/
• 关键词: 水素透過膜; 合金サーメット; 水素拡散; 両極性伝導

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。

这项研究旨在开发一种新的陶瓷氢化膜，该薄膜结合了电子 - 普罗替型双极传导和氢原子扩散。在第一年，我们致力于制作两种类型的CERMET，即50wt％Ni-Bczy和50wt％PD-BCZY。 Ni-Bczy可以通过在大气中钙化NIO和BCZY（BACE0.7ZR0.1Y0.2O3）的机械混合物来制备Ni-Bczy，然后在大气中进行氢还原。但是，在1450 OC处烧结后的Ni元件映射表明Ni粒径已长至6微米。因此，通过将10 wt％GDC（GD0.1CE0.9O2）添加到bczy作为陶瓷相，可以使Ni粒径小于3微米。 PD-BCZY还通过与Ni-Bczy相似的PDO和BCZY的机械混合物的大气钙化来制备。由于在大气中，PDO在900 OC或更多OC下降低到PD，因此仅在大气中进行烧结。但是，烧结后的PD颗粒生长到10微米以上，使Cermet极为异质。这被认为是因为PDO的熔点在750 oC时较低，并融化为PDO，然后还原为PD。人们担心PD的过度颗粒生长会阻止由PD引起的电子传导和氢原子扩散路径，从而导致氢渗透性降低。在第一年，制造了两种类型的CERMET型氢可渗透膜，Ni-Bczy和Pd-Bczy，但PD-BCZY的同质性问题已阐明。在下一个财政年度，我们计划尝试两种方法来防止PDO熔化：第一个是在烧结过程中提高温度升高，并尝试在融化的同时减少PD，第二种是在还原的气氛中烧结（AR或H2）。通过将其降低到低温下的PD来防止PD晶粒的生长。

项目成果

BCZY サーメット膜の水素透過特性評価と特性比較

BCZY金属陶瓷膜透氢特性评价与比较

• 发表时间: 2022
• 作者: Masami Mori;Ayumu Noguchi and Yoshiteru Itagaki;森野 瑞樹・青野 宏通*・八尋 秀典・板垣 吉晃;森野瑞樹・青野宏通・八尋秀典・板垣吉晃;岡山奨，青野宏通，板垣吉晃
• 通讯作者: 岡山奨，青野宏通，板垣吉晃

愛媛大学リサーチユニット 地産地消型e-Fuel研究ユニット

爱媛大学研究单位 本地生产和本地消费 电子燃料研究单位

アノード支持型PCFC におけるNi-BCY 焼結体のガス透過性

阳极支撑PCFC中Ni-BCY烧结体的透气性

• 发表时间: 2022
• 作者: Masami Mori;Ayumu Noguchi and Yoshiteru Itagaki;森野 瑞樹・青野 宏通*・八尋 秀典・板垣 吉晃
• 通讯作者: 森野 瑞樹・青野 宏通*・八尋 秀典・板垣 吉晃

バリウムセレート系酸化物焼結体の多孔質化とガス透過性

铈酸钡基氧化物烧结体的孔隙率和透气率

• 发表时间: 2022
• 作者: Masami Mori;Ayumu Noguchi and Yoshiteru Itagaki;森野 瑞樹・青野 宏通*・八尋 秀典・板垣 吉晃;森野瑞樹・青野宏通・八尋秀典・板垣吉晃
• 通讯作者: 森野瑞樹・青野宏通・八尋秀典・板垣吉晃