| Project/Area Number |
22K04693
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Niihama National College of Technology |
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Principal Investigator |
中山 享 新居浜工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (50300637)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | アパタイト酸化物イオン伝導体 / 固体酸化物型燃料電池 / 高配向性技術 |
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| Outline of Research at the Start |
SOFC電解質にアパタイト型ランタンシリケートを用いて電極／電解質接合体で期待される発電出力が得られない場合が多い。理由は、電極／電解質接合体の界面抵抗が比較的大きく、そのIR損が無視できないためである。解決策として、電解質の電極接合面の表面粗さを極限まで小さくすること、電極接合面が高い酸化物イオン伝導を示す方向に高精度で結晶配向制御されたc軸配向性の高い電解質を作製することを目標とする。これらにより、電極／電解質接合体の界面抵抗が飛躍的に低減でき、十分な機械的強度が確保できる電解質厚み0.3mmの電解質支持型SOFC単セルにおいて500℃以下で最大発電出力1W・cm-2の最終目的を到達する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
５００℃での導電率が０．０１３Ｓ・ｃｍ－１を示す無配向ランタンシリケートセラミックスおよび５００℃での導電率が０．０３３Ｓ・ｃｍ－１を示すｃ軸配向ランタンシリケートセラミックスを電解質材料に用いた。電極（拡散層）接合面のランタンシリケートセラミックス電解質の表面粗さＲａとＳＯＦＣ最高発電出力の関係を調べた。
無配向セラミックスおよびｃ軸配向セラミックス共に電解質の厚みは、１ｍｍとした。電解質／電極の緩衝層は、スピンコーターにより塗布・焼付で設けた（ＣｅＯ２）０．８（Ｓｍ２Ｏ３）０．２膜を設けた。カソードおよびアノード電極共に、ＤＣスパッタを用いて成膜しＰｔ膜を設けた。電極（拡散層）接合面の電解質の表面粗さＲａは、１０ｎｍおよび３００ｎｍの２種類とした。３％－Ｈ２（Ａｒバランス）とＡｉｒを用いて、５００℃での電解質支持型ＳＯＦＣ単セルの発電最高出力を測定した。
電解質に無配向セラミックスを用いた場合、電解質の表面粗さＲａが１０ｎｍの場合は８ｍＷ・ｃｍ－２、３００ｎｍの場合は５ｍＷ・ｃｍ－２であった。一方、電解質にｃ軸配向セラミックスを用いた場合、電解質の表面粗さＲａが１０ｎｍの場合は７０ｍＷ・ｃｍ－２、３００ｎｍの場合は５０ｍＷ・ｃｍ－２であった。無配向セラミックスおよびｃ軸配向セラミックス共に、電解質の表面粗さＲａが小さいと発電最高出力が高くなっており、当初の予想どおりの結果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
卓上型精密研磨装置の導入前に、既存装置にて試験的に鏡面研磨加工を実施して、表面粗さＲａと加工方法と関係を調べることに時間を費やしてしまった。表面粗さＲａは１０ｎｍまでは実現でき、卓上型精密研磨装置の導入によって目標の表面粗さＲａである２ｎｍは鏡面研磨加工が可能であることもわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
目標の２ｎｍの表面粗さＲａに鏡面研磨加工した電解質を用いた場合の発電最高出力測定を令和５年度の早い段階で実施したい。加えて、＃６００のダイヤモンドラップ盤での研削加工で得られる表面粗さＲａが２μｍの電解質を用いた場合の発電最高出力測定も実施して、幅広い範囲での表面粗さＲａとＳＯＦＣ最高発電出力の関係を調べる。
令和５年度後半は、発電最高出力が最も高い値が得られた電解質の表面粗さＲａにて、電解質の厚みを現時点の１ｍｍから薄くした場合の５００ ℃での電解質支持型ＳＯＦＣ単セルの発電最高出力測定を実施する。
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