| Project/Area Number |
20J10149
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
植野 雄大 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Declined (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 燃料電池 / 漏れ電流 / 空気極 / プロトン伝導体 |
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| Outline of Research at the Start |
プロトン伝導性酸化物を電解質に用いた中温型燃料電池の性能向上を目指し、漏れ電流の影響を排した空気極の性能評価を行う。代表的な電解質材料であるイットリウムを添加したジルコン酸バリウム (BZY) は加湿酸素雰囲気下でホール伝導を発現する。したがって電解質中には漏れ電流が発生するため、外部電流は電極反応に関わるプロトンの電気量と一致せず、正味の電極抵抗の評価は容易ではない。
本研究では、直流バイアスの印加により漏れ電流量が低下することを利用し、漏れ電流の影響の小さい電極抵抗の評価条件を明らかにする。その条件下で種々の空気極の電極抵抗を評価し、真に高性能な空気極材料を選定する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は、プロトン/ホール混合伝導性電解質を用いた中温型燃料電池における電極抵抗の過小評価を数値解析手法によって明らかにした。Y-doped BaZrO3 (BZY) に代表されるBa系ペロブスカイト型酸化物は、酸化雰囲気下でプロトン/ホール混合伝導性を発現する。しかし、中温型燃料電池の電極性能の評価では電解質を純イオン伝導体と暗にみなした解析が慣習的に行われている。本研究では、加湿酸化雰囲気下でプロトンとホールが同等程度に伝導する電解質をモデルとし、有限要素法とNewton-Raphson法によって電解質中の電荷担体の濃度・電位分布の過渡解析を実施し、電流遮断測定 (CI) や開回路電圧下での交流インピーダンス測定 (EIS) で得られる見かけの電極抵抗の信頼性を議論した。その結果、両極ともに加湿酸化雰囲気に曝される空気極対称セルでは、電極抵抗を80 % 程度過小評価することが明らかとなった。また、電解質の一方が加湿還元雰囲気、一方が加湿酸化雰囲気に曝される発電型セルでは、EISに比べて発電側でのCIによって電極抵抗の過小評価が抑制される結果が得られた。以上より、空気極抵抗をより正確に評価するためには、発電型セルを用いた発電側でのCIが望ましいと言える。また、過小評価のない空気極抵抗を得るには、ホール伝導の無視できる温度域での電気化学測定が不可欠である結果も得られた。したがって、真に優れたPCFC空気極の精選のためには、500℃以下での評価が最も適切だと結論づけられた。本研究の成果は、2021年度中に学会誌にて論文発表の予定である。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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