イオン伝導性セルを製造するための新しいアプローチ

中国科学院本部

画像: 界面反応誘起再集合アプローチを使用した、イオン伝導性の緻密な薄層を備えた多層セラミック膜の作製。もっと見る

クレジット: HE Guanghu

水素は、クリーンエネルギーキャリアとしての可能性があるため、多くの注目を集めています。 現在まで、水素の大部分は天然ガス、石炭、石油などの化石燃料から生成されています。 このような化石由来の水素は、さらなる燃料電池用途のために一般的な汚染物質（例えば、CO2、CH4、CO、H2S）から精製する必要があります。

高密度酸素イオン伝導セラミック膜を使用した化石由来の水素支援水分解は、膜の 100% の酸素選択性により純粋な水素が直接得られるため、有望な H2 精製技術です。 しかし、既存の酸素伝導膜は、上記の過酷な動作条件下では化学的安定性の問題に悩まされています。

最近、中国科学院（CAS）の青島バイオエネルギー・バイオプロセス技術研究所（QIBEBT）の研究者らは、セリアベースの薄膜を用いた多層セラミック膜を製造する新しい「界面反応誘起再集合」アプローチを開発した。安定した水素製造が可能です。

この研究は、11月3日にAngewandte Chemie International Editionに掲載された。

「多層セラミック膜は、通常、層ごとの堆積法を使用して製造されます。ただし、これらの方法では多くの場合、一連の手順が必要であり、緻密な薄層の厚さは一般に 10 ～ 1000 μm の間です。また、堆積された薄層は、多くの場合、共焼結中に支持層から剥離する可能性があります」と責任著者の QIBEBT の JIANG Heqing 教授は述べています。

研究者らは、土壌に根を張った草の構造構造に着想を得て、親層に根を張った酸素伝導性の緻密な薄層を備えた三層セラミック膜を製造する界面反応誘起再構築アプローチを開発した。 - 二相セラミック前駆体の段階焼結。

「この新しいアプローチでは、適切なエッチャント Al2O3 を意図的に適用することにより、プレスされたペレットの表面の Fe 含有粒子が高温での界面反応を介して選択的にエッチングされ、反応エンタルピーが生成されました」と、QIBEBT の HE Guanghu 准教授（論文の筆頭著者）は述べています。研究。 「この熱により、表面から孤立した蛍石型粒子が緻密な薄層に再集合し、界面反応が遮断され、薄層の連続成長が回避されるため、局所温度が上昇すると予想されます。」

この界面反応誘起再構築アプローチにより、研究者らは、得られたセリアベースの層が非常に薄く（約 1 μm）、高密度で親層に強く接着し、イオン輸送抵抗を大幅に低減するだけでなく、さまざまな用途向けの多層膜の構造的完全性。

研究者らは、開発した多層膜を使用して、H2、CH4、CO2、CO、H2Sを含む模擬コークス炉ガスの酸化による水分解による水素生成を実証した。 彼らは、CGO の緻密な薄層を備えた膜が非常に長い耐久性 (>1000 時間) を示すことを発見し、実用的な条件下での水素製造用の高性能膜反応器の可能性を強調しました。

「これらの結果は、この技術が固体酸化物燃料電池や固体酸化物電解電池などのさまざまな用途向けの機能層を備えた高性能多層セラミックの開発への道を開くことを示唆しています。これは私たちの今後の研究の焦点でもあります。」と述べた。研究を主導したQIBEBTのJIANG Heqing教授。

応用化学国際版

10.1002/任意の.202210485

界面反応によりイオン伝導性薄膜を形成した多層セラミック膜により安定した水素製造を実現

2022 年 11 月 3 日

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