Extraction of hydrogen from water vapor by hydrogen pump using ceramic proton conductor

プロトン導電体セラミックを用いた水素ポンプによる水蒸気からの水素の抽出

河村 繕範; 小西 哲之; 西 正孝

Kawamura, Yoshinori; Konishi, Satoshi; Nishi, Masataka

核融合炉の効率的なブランケットトリチウム回収システムの実現を目指して、プロトン導電性固体電解質膜を用いた電気化学水素ポンプの研究開発を進めている。水素ポンプを用いたブランケットトリチウム回収システムの利点の一つは、一つのコンポーネントで水素同位体と水蒸気の同時処理が期待できることである。本研究では、ペロブスカイト型プロトン導電性セラミックであるSrCeYbOを用いた水素ポンプにより、水分子中の水素抽出特性についての実験研究を行った。水分子からの水素抽出には、水の分解エネルギーに相当するしきい値が存在する。その値は873Kで500600mV程度で、水蒸気分圧の増加に伴い減少する傾向が見られたが、理論値よりやや低い値となることがわかった。また、H-HO混合ガスのポンピングについては、Hの透過が水蒸気分解より優先して生じ、水蒸気分解のしきい値は水素分圧の増加に伴い増加する傾向が見られた。これらの結果から、一段の水素ポンプによる水素同位体及び水蒸気の同時処理を実証したが、同時処理を行うためには、比較的高く印加電圧を設定する必要があることが見込まれる。

Aiming at realization of the efficient blanket tritium recovery system of a fusion reactor, research and development of the hydrogen pump using the proton conductor are furthered. One of the advantages of the system using the hydrogen pump is concurrent processing of hydrogen isotopes and water vapor by one component. In this work, experimental research on the hydrogen extraction characteristic in a water molecule was performed with the hydrogen pump using SrCeYbO. In hydrogen extraction from a water molecule, application of the threshold, voltage corresponding to the decomposition energy of water, is necessary. The observed threshold was about 500-600mV at 873K and decreased with the increase in water vapor pressure. About pumping of H-HO mixture gas, the permeation of H anteceded water decomposition, and the threshold of water decomposition increased with the increase in hydrogen partial pressure. In order to process concurrently, application of fairly higher voltage is expected to be necessary.