Design of novel proton-conducting solid oxide fuel cells and proposal of a comprehensive evaluation method considering environmental impacts
| Project/Area Number |
21J14251
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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 64030:Environmental materials and recycle technology-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山手 駿 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | プロトン伝導性セラミック / 固体酸化物形燃料電池 / 技術経済性分析 / プロトン伝導性セラミックス / 技術経済性評価 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、プロトン伝導性セラミックス燃料電池(PCFC)の社会普及を鑑み、その設計指針に資する評価手法の開発を行う。PCFCの電極・電解質材料に対する物性評価や基礎研究の重要性が増す一方、新型デバイスの社会普及に係る導入ポテンシャルを包括的に定量化可能な評価手法は現在存在しない。したがって本研究では、経済性や環境影響という多角的な指標を取り入れた新たな評価手法の開発を行う。当該評価手法の開発と同時に、PCFCの新規セルデザイン提案および作製を実施し、電気化学的測定と包括的技術評価の両方法からリアルタイムで設計改善を実現するエネルギー変換デバイスの新たな開発手法提案を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度実施したプロトン伝導性セラミック燃料電池（Protonic Ceramic Fuel Cells, PCFCs）モジュールの製造プロセス設計に引き続き、メタンを燃料とした5 kW (AC) 規模発電システムの構築を実施した。評価の結果、外部取出し電流に対するリーク電流率ならびにセル電圧について、70%を超えるような高いシステム効率の達成に要求されるセルの開発指針を見出した。これらの結果を踏まえ、輸送特性改善を目的とした電解質積層型セルを検討し、パルスレーザー堆積法(PLD)によるコンセプトセルを作製した。一例として、低電子伝導性のBZY20（BaZr0.8Y0.2O3－δ）にBZCYYb1711（BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3－δ）が挙げられる。以上に加え、固体酸化物形電解セル (Solid Oxide Electrolyzer Cells、SOECs)による水素ステーションの技術経済性分析についても昨年度より継続して検討した。300Nm3/h-H2の設備規模を想定し、現状の設備コスト約6億円から、将来の目標設備コスト２―３億円へ至る技術要請について議論した。工事費削減のためのパッケージ型ステーションや、セル電解質の薄膜化ならびに蓄圧器の改善によって上記が達成可能であることが示唆された。環境影響評価についても、これまで構築した製造プロセスに対して排出原単位を考慮することで定量化の見通しが立っている。以上から、技術経済性分析に基づくセル設計手法の開発は、PCFCセルに加え、発電システム設計やSOECによる水電解に至るまで、当初の予定を超えて幅広い進展があった。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
