JP4307306B2 - 水素センサ並びにこれに用いるプロトン伝導体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、燃料電池システム1は、主に、脱硫器3、改質器4、シフト反応器5、CO(一酸化炭素)選択酸化器6、燃料電池スタック7及び水素センサ10で構成されている。この燃料電池システム1では、例えば、灯油、ガソリン等の炭化水素系燃料がタンク2から脱硫器3に供給される。脱硫器3では、炭化水素系燃料に含まれる硫黄が除去される。硫黄が除去された炭化水素系燃料は、改質器4に供給される。そして、改質器4には水がさらに供給される。改質器4では、炭化水素系燃料及び水が触媒の存在下で反応することによって改質ガス(水素含有ガス)が生成する。なお、この改質器4は、炭化水素系燃料及び水を反応させるために図示しないバーナで加熱される。
水素センサ10は、改質ガス中の水素ガスの濃度変化を検出するものであり、図2に示すように、プロトン伝導体11と、電極12とで構成されている。
このようなプロトン伝導体11は、厚みが0.5mm乃至3.0mm程度の膜状に形成されている。
図1に示すように、150℃乃至230℃の改質ガスが、バイパス配管9aを通じて水素センサ10に向けて供給されると、改質ガスは、図2に示すように、一対の電極12及びプロトン伝導体11を通過する。そして、改質ガスは、プロトン伝導体11の孔16a(図3参照)内を流れると共に、孔16a内に形成された固体酸膜17(図3参照)に含まれる固体酸と接触する。
放射線照射グラフト重合工程S1は、シリカの微粒子の表面に放射線を照射すると共に、前記微粒子の表面にビニル基含有モノマをグラフト重合させてシリカ―ビニルポリマ複合微粒子を得る工程である。
多孔質体成型工程S2(図4参照)は、放射線照射グラフト重合工程S1(図4参照)で得られたシリカ―ビニルポリマ複合微粒子からなる粉体を加圧成型してシリカ―ビニルポリマ複合多孔質体を得る工程である。
固体酸膜形成工程S3(図4参照)は、多孔質体成型工程S2(図4参照)で得られたシリカ―ビニルポリマ複合多孔質体の孔内に固体酸を含む固体酸膜を形成する工程である。
(プロトン伝導体の作製)
シリカの粉体(平均一次粒子径7nm、比表面積380m2/g、密度2.2g/cm3)1.86gにガンマ線を照射した。このときのガンマ線の照射量は50Gyであった。このシリカの粉体にスチレン50gを加えて80℃で5時間撹拌した。
作製したペレット状のプロトン伝導体の両面に銀ペーストを塗布することによって、プロトン伝導体の両面に一対の銀電極が形成された。このようにプロトン伝導体に電極が形成されて水素センサが作製された。
次に、前記のようにして得られた水素センサについて、150℃の窒素(N2:100%)雰囲気下におけるプロトン伝導度(S/cm)が所定時間の経過ごとに測定された。なお、この測定は、交流インピーダンス法を使用した。その結果を図6に示す。
図6から明らかなように、水素センサは、40時間経過した後もプロトン伝導度(S/cm)がほとんど変化しておらず、この水素センサのプロトン伝導体は、水が蒸発する温度の雰囲気下であっても多孔質体の形状を維持することができることが確認された。
11 プロトン伝導体
12 電極
16 シリカ―ビニルポリマ複合多孔質体
16a 孔
17 固体酸膜
S1 放射線照射グラフト重合工程
S2 多孔質体成型工程
S3 固体酸膜形成工程
Claims (5)
- シリカ―ビニルポリマ複合多孔質体の孔内に固体酸を含む固体酸膜を形成したことを特徴とするプロトン伝導体。
- 前記ビニルポリマは、ポリスチレンであることを特徴とする請求項1に記載のプロトン伝導体。
- 前記固体酸は、CsHSO4、Cs2(HSO4)(H2PO4)、Rb3H(SeO4)2、(NH4)3H(SO4)2及びK3H(SO4)2から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロトン伝導体。
- シリカの微粒子の表面に放射線を照射して前記微粒子の表面にビニル基含有モノマをグラフト重合させてシリカ―ビニルポリマ複合微粒子を得る放射線照射グラフト重合工程と、
前記シリカ―ビニルポリマ複合微粒子からなる粉体を加圧成型してシリカ―ビニルポリマ複合多孔質体を得る多孔質体成型工程と、
前記シリカ―ビニルポリマ複合多孔質体の孔内に固体酸を含む固体酸膜を形成する固体酸膜形成工程とを備えることを特徴とするプロトン伝導体の製造方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のプロトン伝導体が一対の電極で挟み込まれていることを特徴とする水素センサ。
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