Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究ではクリーンで高効率な次世代型エネルギー変換デバイスとして期待されるプロトンセラミックス燃料電池（PCFC）の高性能空気極創製に向け、PCFC実電極を適切にモデル化したモデルパターン電極および放射光X線を用いた「Operando計測技術」を駆使することで、PCFC空気極におけるプロトン活性領域の分布を明らかにし、電極の反応活性の起源を明らかにする。これにより学術的知見に基づいた材料選択、電極設計および開発指針を提案し、高性能かつ高信頼性なPCFCの実現を目指す。
本研究では高効率エネルギー変換可能なプロトン伝導性セラミックス燃料電池の空気極における反応領域および反応機構を明らかにして、高性能空気極の設計指針を確立することを目的としている。それに向け、今年度は酸化物イオン-プロトン-電子混合導電性材料(Ba,Gd,La)2Co2O6を対象に、電極/電解質の二相界面の寄与と電極/電解質/気相の三相界面の寄与を別々に評価することが可能なパターンモデル電極を作製し、二相界面と三相界面のどちらが主要な反応場として機能するのかを検討した。当初の予想通り、(Ba,Gd,La)2Co2O6は十分なプロトン伝導性を有しており、二相界面が反応場として機能することが電気化学特性評価より明らかになった。これは(Ba,Gd,La)2Co2O6電極がプロトンセラミックス燃料電池空気極として高い電極特性を示す理由の一つであると考えられる。また電極内に三相界面を導入することで電極特性がやや向上することから、(Ba,Gd,La)2Co2O6電極では電極/電解質の二相界面だけでなく、電極/電解質/気相の三相界面でも空気極反応が進行することを明らかにした。また空間分解能を有したマイクロX線吸収分光測定により、酸素ポテンシャル分布（酸素の反応駆動力）が界面から数マイクロメートル広がっていることを明らかにした。これは電極/電解質の二相界面反応が予想よりも拡張していないことを示す結果であり、酸化物イオン-プロトン-電子混合導電性材料であっても、ある程度の三相界面を確保することが高性能化につながることを示唆している。以上をまとめると、十分なプロトン伝導性を有した混合伝導性材料であっても、電解質とコンポジット化するなど、ある程度の三相界面を確保することが高性能化につながると考えられる。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2020 2019
All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)
ACS Applied Energy Materials
Volume: 4 Issue: 1 Pages: 554-563
10.1021/acsaem.0c02447
The Journal of Physical Chemistry C
Volume: 123 Issue: 26 Pages: 16034-16045
10.1021/acs.jpcc.9b03897
120006942556
