サンベルトで得られる高温太陽熱を利用し、水の熱分解で水素を製造する二段階水分解サイクルに必要とされる反応性セラミックデバイスの開発を行い、下記の研究成果を得た。
1.高反応性セラミック微粉体の開発
反応性セラミックとして研究代表者が開発したフェライト/ジルコニア担持体について他金属ドープ効果を比較し、高活性のNi_<1.0>Fe_<2.0>O_4/ZrO_4を見出した。一方、研究代表者は、担体を単斜晶ジルコニアから、イットリウム含有量が8mol%以上の立方晶安定化ジルコニア(YSZ)に替えると、熱還元反応においてFe^<2+>含有立方晶ジルコニアが生成し、低温水分解反応ではこれが水蒸気と反応して水素を生成しフェライトではなくFe^<3+>含有立方晶ジルコニアを生成するという新しいサイクル反応機構を見出した。
2.反応デバイスの合成と反応試験
Ni_<1.0>Fe_<2.0>O_4/ZrOとFe_3O_4/YSZの2つの微粉末反応体をそれぞれジルコニア発泡体に担持したデバイスを作製し、反応性を検討した結果、熱還元温度1400℃、水分解温度1100℃の2段階サイクル反応で13-30サイクル以上の水素発生が観測された。しかし、次第にデバイスの亀裂が起こった。そこで熱耐久性の高いSiC発泡体をマトリックスとすることとした。
3.SiC発泡体のジルコニア被覆と太陽光照射耐久試験による性能評価
熱力学計算からSiC発泡体をFe_3O_4に対して不活性のジルコニアで被覆することが必要であることが見出されたため、スピンコート法によりこれを検討し、良好なジルコニア被覆をすることができた。一方、SiC発泡体マトリックスについては、太陽炉による太陽光照射下試験で良好な熱耐久性を有することが確認された。