レーザ・デポジション法による傾斜機能固体電解質薄膜の作製と評価

• Project/Area Number: 08243207
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 湯上 浩雄 東北大学, 工学部, 助教授 (60192803)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内藤 均 東北大学, 工学部, 助手 (40270813)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 1996: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 傾斜機能材料 / 固体酸化物燃料電池 / 電極材 / レーザ・アブレーション / 電子-イオン混合導電体

Research Abstract

酸素イオン伝導体であるイットリア安定化ジルコニアなどの個体電解質は,固体酸化物燃料電池(SOFC)などへの応用が期待されている.SOFCは燃料の持つ化学エネルギーを直接電力に変換できるものである.SOFCは全て固体で構成されているので,電解質と電極材との整合性が必要で,我々は電極材料として,電解質材料である安定化ジルコニア(YSZ)をベースにした電子-イオン混合導電体を用いることを考えている.しかしながら電子導電性を向上させるにはYSZに添加する材料の濃度を高める必要があるので,整合性が悪くなる.そこでYSZに添加する材料の濃度を傾斜し,電極電解質界面での整合性を良くすることが考えられる.本研究ではYSZに添加する材料としてCeO_2を取り上げ,CeO_2濃度を変化させた傾斜機能薄膜をレーザアブレ0ション法により作製し,電気的特性評価を行った.
作製した薄膜は,いずれも緻密で基板に平行に(100)面が成長していた.またCeの分布を観察すると,薄膜内での組成の変化が確認できた.薄膜の面内方向の導電特性は傾斜化により,イオン導電率,電子導電率が共に増加し,全酸素分圧領域で電気特性が向上することが明らかになった.また薄膜/基板界面における酸素の拡散がよりスムーズに行われることを明らかにした.以上の結果より,電極材の傾斜機能化によりSOFCの電気化学的特性を向上させることが明らかになった.また熱サイクル試験の結果についても組成の傾斜化により,薄膜/YSZ基板界面での剥離等を防ぐことができた.
今後,さらに,SOFCへの傾斜機能材料の適用可能性について検討し,単セル試験を行う.また低温動作型のSOFCに適用する傾斜機能電極の開発も行う予定である.

Research Products

• [Publications] Hitoshi Naito: "FABRICATION OF ZIRCONIA-BASED FUNCTIONALLY GRADED MIXED CONDUCTING FILMS BY LASER ABLATION METHOD" Proc. of 5th Int. Symp. on Solid Oxide Fuel Cells. (印刷中). (1997)