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。

本研究的目的是开发一种兼容电子-质子双极传导和氢原子扩散的新型陶瓷氢渗透膜。第一年，我们致力于生产两种类型的金属陶瓷：50wt%Ni-BCZY 和 50wt%Pd-BCZY。 Ni-BCZY 可以通过 NiO 和 BCZY (BaCe0.7Zr0.1Y0.2O3) 的机械混合物常压煅烧，然后进行氢还原来制备。然而，1450oC 烧结后的 Ni 元素分布图显示，Ni 晶粒尺寸已长大至约 6 微米。因此，通过在BCZY中添加10wt％的GDC(Gd0.1Ce0.9O2)作为陶瓷相，可以将Ni颗粒尺寸减小到3微米或更小。与 Ni-BCZY 类似，Pd-BCZY 也是通过 PdO 和 BCZY 的机械混合物常压烧结制备的。由于PdO在大气中900oC以上的温度下会被还原成Pd，因此我们只在大气中进行烧结。然而，烧结后，Pd 颗粒已长大至 10 微米或更大的尺寸，使得金属陶瓷极其不均匀。这被认为是因为 PdO 的熔点较低，为 750oC，在还原为 Pd 之前先以 PdO 的形式熔化。人们担心Pd的过度晶粒生长会阻碍电子传导和氢原子通过Pd的扩散路径，导致氢渗透性降低。第一年，我们制造了两种金属陶瓷型透氢膜：Ni-BCZY和Pd-BCZY，但很明显Pd-BCZY存在均质性问题。明年，我们计划尝试以下两种方法来防止 PdO 熔化。一是提高烧结时的升温速率，力求同时熔化和还原Pd，二是在还原气氛（Ar或H2）中烧结。这通过在低温下将其还原为 Pd 来防止 Pd 晶粒生长。

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