摘 要：在本研究中，为了实现氢分离型氨重整器，开发了一种质子-电子混合导体，确立了透氢膜的制造方法，并进一步优化了催化剂基体——Ni-BCY的结构。由BCY-GDC制成的烧结体在1:1的重量比下表现出良好的透氢性，表明其有望用作全陶瓷型透氢膜材料。此外，还使用电泳沉积法制备了BCY薄膜，并通过在1450℃下烧结成功形成了厚度约10μm的致密薄膜。并且发现，通过在Ni-BCY中添加GDC，Ni粒生长受到抑制，导电率提高。
关键字：氢能，陶瓷材料，透氢膜，氨，全陶瓷型透氢膜材料，氢分离型氨重整器
1、研究背景
氢能社会的实现离不开氢气的制造和提纯工艺的发展。运输氢需要耗费大量的能源和成本。近年来，氨作为一种新型氢载体而备受关注。氨具有较高的氢密度，不含碳，且更容易液化。因此目前迫切需要建立一种使用这种氢载体的氢气制造和提纯方法。
目前，已被确立为氢分离法的有压力差分离法(PSA)和膜分离法等。PSA可以获得6N级的超高纯度氢，但是装置规模很大，且设备成本很高。另一方面，膜分离法的装置简单、小型且设备成本低，因此适用于现场氢气提纯。尤其是钯金属膜在能够选择性渗透氢气的致密膜分离法中广为人知。不过，钯金属膜虽然可以获得高纯度氢，但是由于钯价格昂贵，使用规模受限。
近年来，使用Ni-质子导电氧化物致密膜的电子-质子混合导电型氢分离膜（MPEC）价格低且不使用外部电源就可表现出高氢渗透性，因此有望作为代替钯的氢分离材料。然而，由于Ni的再氧化导致的体积膨胀可能会损坏分离膜。因此，期望开发一种不含Ni的全陶瓷型MPEC。
2、研究目的
本研究的目的是开发一种“氢分离型氨重整器（MRF）”，该氨重整器比现在的重整器更便宜，而且可以在现场进行燃料重整和氢分离。MRF是质子导电膜和氨重整催化剂基体的结合体。具体而言，为了实现这一目的，1）建立了质子导电薄膜形成方法，2）优化了氨催化剂基体的结构。
3、研究方法
·质子导电性氧化物薄膜的制备方法
采用BaCe0.8Y0.2O3-a（BCY）作为质子导体，通过电泳沉积法（EPD法）形成厚度约10μm的薄膜。为了制备BCY的稳定悬浮液，进行了以下研究。1）BCY微粒子的合成，2）稳定悬浮液的制备条件的研究。关于BCY微粒子的合成，尝试使用逆共沉淀法或溶胶-凝胶法，通过低温烧制来制造微粒子。关于悬浮液的制备，使用乙醇作为分散介质，在超声波分散后，静置BCY微粒子，并将其上清液用作EPD的悬浮液。关于沉积基板，使用在NiO-BCY金属中添加具有导电性的石墨而成的材料。EPD使用直流稳定电源在恒定电压下进行。沉积膜在多个温度下与NiO-BCY阳极支撑体一体烧结。通过SEM和SEM-EDX观察烧结后的一体微观结构。
·Ni-BCY阳极支撑体的结构
由于阳极支撑体与BYC薄膜一体烧结，因此烧结温度取决于BCY的致密化温度。当烧结温度升高时，构成粒子的粒子生长和支撑体本身的致密化可能导致气体扩散性降低。本研究为了阐明支撑体的微观结构与各种条件之间的关系，在多种条件下制作了Ni-BCY支撑体，并进行了微观结构观察、气体渗透测量和导电率测量。气体渗透测量