低コストかつ高性能に向けたSOFCの構成材料及び製造技術の創成
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22K04732
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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 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
阿布 里提 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (70565374)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
官 国清 弘前大学, 地域戦略研究所, 教授 (90573618)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | SOFC / 電極 / アノード / 炭素析出 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、イオン・電子混合導電性を持つ上、部分元素置換及び触媒とのシナジー効果も併せ持ち、高温のみならず中低温域においても優れた炭素析出抑制性及び耐硫黄被毒性が期待できるペロブスカイト型酸化物対称電極の開発と、一体共焼結プロセスを活かした低コストSOFCセル製造技術の開発を同時に行うことによって、SOFCの実用化に資する革新的技術の創出を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体酸化物形燃料電池(SOFC)の高温作動及び高温製造プロセスは、構成材料の劣化進行と材料の選択を著しく制限するため、その解決策の1つとしてアノード及びカソードの両方に適用する新規材料の開発が挙げられる。また、多様な燃料を直接利用可能というSOFCの特徴を活かすためには、炭化水素燃料供給時の炭素析出による燃料極(アノード)の劣化防止も重要課題である。
本研究では、SOFCの電極に適用でき、かつイオン・電子混合導電性を持つ上、高温のみならず中温においても優れた機能が期待できるペロブスカイト型酸化物アノード開発のため、前年度の研究成果をもとに、①異なるMoドープ量のペロブスカイト型酸化物Pr0.4Sr0.6(Co0.2Fe0.8)1-xMoxO3-σ (PSCFMx, x = 0, 0.05, 0.1 and 0.2)を調整し、Bサイト元素(Mo)量の組み合わせによって、PSCFM0.05の酸化還元雰囲気でもっとも高い化学的安定性を持つことと、導電性も比較的に高い等の特性を確認した上で、対称電極型SOFCセル(PSCFM/LSGM/PSCFM)を用いたH2とCH4燃料での発電特性を調べた。②ペロブスカイト型酸化物PrxSr0.6Co0.2Fe0.7Nb0.1O3-σ(PxSCFN, x = 0.36, 0.38, 0.40, 0.42 と0.44)を調製し、Aサイトイオン(Pr)が活性点であることを考慮して、Aサイト元素(Pr)量のPSCFM 物性（導電率、酸素欠損、熱膨張係数など）への影響を検討し、更に裏付けデータの蓄積を行うことで新たな指針を確立した他、炭素析出抑制性に関する知見を深め、更なる高性能・高機能化を図るための指針を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1)対称電極型SOFCセル(PSCFM/LSGM/PSCFM)を用いた場合では、850℃において、H2とCH4燃料でセルの最大出力は493と160mW/cm2である他、CH4燃料と定電流(0.217A/cm2)条件で100 時間連続発電試験を行った結果、セル性能の低下は全く見受けられず、EDS分析の結果からも炭素成分検出できず、PSCFMは優れた抗炭素析出特性を有することを明らかにした。
(2)P0.42SCFNを対称電極に用いたSOFCセルの900℃における最大出力は、H2とCH4燃料でそれぞれ1130と670W/cm2と大きく向上し、これまでの対称電極文献値と比べても高い値を示すことを明らかにした。
これらの研究開発によって得られた成果は、①化学工学会第54回秋季大会、②電気化学会第91回大会、③化学工学会第89年会でにて発表した他、国際学術誌に論文を投稿し、現在査読中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画の通りに進捗しており、今後も当初の計画通りに取り組む予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
