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SOFC多孔質電極の微構造を考慮した直接内部改質反応の評価

Research Project

Project/Area Number 12F02754
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

吉田 英生  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50166964)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) BRUS Grzegorz  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
BRUS Grzegorz  京都大学, 工学研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2014: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Keywords改質反応 / 固体酸化物型燃料電池 / 多孔質 / 実験
Outline of Annual Research Achievements

本研究は固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料極において炭化水素燃料の水蒸気改質反応を進行させるいわゆる直接内部改質に注目しするものである.燃料極に含まれるニッケルを触媒として直接内部改質を行うことで,システムの簡略化・低コスト化が可能となるが,水蒸気改質は強い吸熱反応であるため熱管理には一層の注意が必要である.そこで直接内部改質の反応速度の正確な見積もりが必須だが,これまで報告されている反応速度式には大幅なばらつきがある.本研究は,電極微構造と改質反応の相関を実験的に明らかにすること,そして信頼性の高い反応速度式を得ることを目的とする.さらにこれを数値解析に組み込むことで,直接内部改質を伴うSOFCにおける熱管理について基礎的知見を得る.前年度までに,ニッケルとYSZ(イットリア安定化ジルコニア)の混合多孔質の作製および,それを触媒として用いたメタン水蒸気実験を行い,改質後の試料の微構造の観察を行うことにより,多孔質中のニッケル表面積あたりの反応速度式の導出を行った.
本年度は得られた昨年度までに得られた反応速度式を用いて数値計算を実施した.平板型SOFCを想定した流路における水蒸気改質を対象とし,空隙率,比表面積,屈曲度ファクタといった多孔質を表現するためのパラメータは微構造観察により取得した値を用いた.さらに,一般的に見かけ表面積当たりで評価される反応速度を,電極微構造を考慮することで電極厚さ方向のガス拡散と電極内の単位触媒面積当たりの反応速度に分離する手法を確立した.これにより電極微構造がわかれば,改質反応実験を行わずともその電極の改質反応速度を見積もることができるようになった.

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Change of an Anode's Microstructure Morphology during the Fuel Starvation of an Anode-Supported Solid Oxide Fuel Cell2015

    • Author(s)
      Grzegorz Brus, Kota Miyoshi, Hiroshi Iwai, Motohiro Saito, Hideo Yoshida
    • Journal Title

      International Journal of Hydrogen Energy

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Tortuosity of an SOFC Anode Estimated from Saturation Currents and a Mass Transport Model in Comparison with a Real Micro-Structure2014

    • Author(s)
      Grzegorz Brus, Kosuke Miyawaki, Hiroshi Iwai, Motohiro Saito, Hideo Yoshida
    • Journal Title

      Solid State Ionics

      Volume: 265 Pages: 13-21

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2014.07.002

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Local Evolution of Three-Dimensional Microstructure Morphology of Planar Anode-Supported SOFC2014

    • Author(s)
      Grzegorz Brus,Hiroshi Iwai, Anna Sciazko,Motohiro Saito,Hideo Yoshida,Janusz S.Szmyd
    • Organizer
      第23回SOFC研究発表会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2014-12-16 – 2014-12-17
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Tortuosity in a Porous Anode Electrode of Solid Oxide Fuel Cells Estimated from Saturation Currents and a Mass Transport Model in Comparison with a Real Micro-Structure2014

    • Author(s)
      Grzegorz Brus, Kosuke Miyawaki, Hiroshi Iwai, Motohiro Saito, Hideo Yoshida
    • Organizer
      15th International Heat Transfer Conference
    • Place of Presentation
      Kyoto/Japan
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2014-08-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Operating Characteristics of an Anode-Supported Planar SOFC Stack with Post-Operation Three-Dimensional Reconstruction of the Electrodes Microstructure2014

    • Author(s)
      Grzegorz Brus, Tetsushi Isomoto, Hiroshi Iwai, Motohiro Saito, Hideo Yoshida, Yosuke Komatsu, Remigiusz Nowak, Janusz S. Szmyd
    • Organizer
      11th European SOFC & SOE Forum 2014
    • Place of Presentation
      Lucerne/Switzerland
    • Year and Date
      2014-07-01 – 2014-07-04
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Tortuosity of an Anode-Supported Solid Oxide Fuel Cell Estimated from Saturati on Currents and a Mass Transport Model in Comparison With a Real Micro-Stru cture2013

    • Author(s)
      G. Brus, K. Miyawaki, H. Iwai, M. Saito and H. Yoshida
    • Organizer
      Smart Energy Conversion & Storage, 4th Polish Forum
    • Place of Presentation
      Krynica (ポーランド)
    • Year and Date
      2013-10-02
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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