ペロブスカイト型酸化物触媒を用いたアンモニアSOFCの要素技術開発

• Project/Area Number: 17K06035
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Device related chemistry
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: 橋之口 道宏 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (60377801)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2018: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2017: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: アンモニア / 固体酸化物形燃料電池 / ペロブスカイト酸化物 / 固体酸化物燃料電池 / 燃料極

Outline of Annual Research Achievements

アンモニア燃料を直接利用する固体酸化物形燃料電池の低温動作化に向けては、第一に燃料極(アノード)のアンモニア酸化反応に対する活性と耐久性の向上が必要である。500度程度の低温で高い活性・耐久性が期待されるペロブスカイト型酸化物燃料極触媒の探索を中心とするアンモニア燃料を直接利用する固体酸化物形燃料電池の基盤技術の開発を目的として、本年度は以下の研究を行った。

1．従来のNiベースの燃料極触媒よりもアンモニア分解反応に対して高い活性を示したペロブスカイト型酸化物:SrM1-xMoxO3-δ触媒(M=Fe)をアノード触媒に用いた固体酸化物燃料電池セルを作成し、電気化学特性を調査した。その結果、600℃で、Niをベースの燃料極触媒を用いたセルよりも高い性能を得られた。また、Niベースの燃料極触媒よりも高い耐久性があることが分かった。発電後、ペロブスカイト型酸化物:SrM1-xMoxO3-δ触媒(M= Fe)粒子表面には、Feが析出していることが分かった。表面に析出したFeが、アンモニア分解の活性点となり、発電性能が向上したと考えられる。また、Coを含侵したSrM1-xMoxO3-δ触媒(M= Fe)をアノード触媒に用いたセルを作成し、電気化学測定を行った。Coを含侵することにより、性能のさらなる向上が確認された。この触媒粒子表面には、アンモニア分解能の高いCo-Fe合金が形成されていることが確認された。合金相の形成により、性能が向上したと考えられる。

2．液相法を用いて、Mo金属を含有するペロブスカイト型酸化物:SrM1-xMoxO3-δ触媒(M= Co、Ni)を合成した。Coを導入した触媒をアノード触媒に用いたセルは、Feを導入した触媒よりも高い発電性能並びに耐久性を示した。しかし、Niを導入し場合、単相のペロブスカイト構造を持つ触媒の合成ができなかった。

Research Products

• [Journal Article] Improved Cycle Performance of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 Positive Electrode Material in Highly Concentrated LiBF4/DMC (2019)
  • Author(s): Cao Ziyang、Hashinokuchi Michihiro、Doi Takayuki、Inaba Minoru
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society Volume: 166 Issue: 2 Pages: A82-A88
  • DOI: 10.1149/2.0291902jes
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of lithium silicate coating on retarding crack formation in LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathode particles (2018)
  • Author(s): Hashigami Satoshi、Kato Yukihiro、Yoshimi Kei、Yoshida Hiroyuki、Inagaki Toru、Hashinokuchi Michihiro、Doi Takayuki、Inaba Minoru
  • Journal Title: Electrochimica Acta Volume: 291 Pages: 304-310
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2018.09.123
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of anode activity and stability by Cr addition at Ni/Sm-doped CeO 2 cermet anodes in NH 3 -fueled solid oxide fuel cells (2018)
  • Author(s): Hashinokuchi Michihiro、Zhang Mengjia、Doi Takayuki、Inaba Minoru
  • Journal Title: Solid State Ionics Volume: 319 Pages: 180-185
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2018.02.015
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 低粘度 LiBF4 系濃厚電解液中における LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 正極の充放電特性 (2018)
  • Author(s): 曹 子揚, 橋之口 道宏, 土井 貴之, 稲葉 稔
  • Organizer: 第59回 電池討論会
• [Presentation] ケイ酸塩修飾による LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 正極の高電位サイクルにおける耐久性の向上 (2018)
  • Author(s): 加藤 幸大, 吉見 啓, 橋之口 道宏, 土井 貴之, 稲葉 稔, 橋上 聖, 吉田 洋之, 稲垣 亨
  • Organizer: 第59回 電池討論会
• [Presentation] Enhanced Activity and Stability of Ni-Based Binary Anode in Direct NH3-Fueled SOFCs (2017)
  • Author(s): Michihiro Hashinokuchi, Mengjia Zhang, Ryuji Yokochi, Takayuki Doi, Minoru Inaba
  • Organizer: SOFC-XV: 15th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Advanced Anode Catalysis for Direct Ammonia-Fueled SOFCs (2017)
  • Author(s): Michihiro Hashinokuchi, Mengjia Zhang, Takuya Mizutani, Ryuji Yokochi, Takayki Doi, Minoru Inaba
  • Organizer: The 9th Asian Conference on Electrochemical Power Sources
  • Int'l Joint Research / Invited