1996 Fiscal Year Annual Research Report
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07458100
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山田 興一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10260499)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊原 学 東京大学, 大学院・工学系研究科, 寄付講座教員 (90270884)
榊 啓二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 客員助教授 (50272406)
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| Keywords | 固体酸化物燃料電池 / 低温作動 / 高発電効率 / 高出力密度 / 電極反応機構 / 電気自動車 |
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| Research Abstract |
固体酸化物燃料電池(SOFC)の低温作用化、高効率化、高エネルギー出力化を目的に研究を進めた。
研究内容は空気極、燃料極に関するもので、その実績を以下に示す。
(1)空気極:空気極高性能化のためには過電圧を低下させる必要がある。三相界面(空気-電極-電解質)の長さを長くせねばならない。三相界面長と過電圧の関係が明らかになれば高性能電極の設計指針が得られる。本研究では多孔質La_<0.81>Sr_<0.09>MnO_3(LSM)を用い、直流分極法による過電圧測定、SEMによる三相界面長測定を行った。電極表面上のO^<2->の拡散と気相からの吸着改離を考慮して、電極をくし型円柱としてモデル構築をした。モデル計算は実測値と一致し、850℃の温度でも三相界面を0.2μm/μm^2空気極における過電圧を50mV以下(0.4A/cm^2)にできることが判った。
(2)燃料極:Ni-8%Y_2O_3・ZrO_2サ-メットを燃料極として。燃料としてはCH_4を用い、水蒸気/CH_4の比(S/C)を0から2までの範囲で変えて発電実験を行った。電流-電圧測定、反応ガスの分析などのデータから、S/C:0では(1)〜(3)の反応が三相界面で起り、電流密度の増加と共に(3)の直接反応の割合が高くなること、直接反応の起こる電流しきい値が存在することが明らかになった。
その他三相界面が3次元に広がっていること(厚さ=70μまで)、現在の電極系ではS/C21.2で最大効率が得られること、などが明らかになり、電極設計の指針が得られた。
CH_4→2H_2+C (1)
C+O^<2->→CO+2e^- (2)
CH_4+4O^<2->→CO_2+2H_2O+8e^- (3)
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[Publications] K.Sakaki,K.Yamada,et al.: "Energy Evaluation of on Electric Vehicle Hybrdized by Solid Oxide Fuel Cells" Proceedings of the 13th Intornational Electric vehicle Symposium. 1. 686-692 (1996)
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[Publications] M.Ihara,K.Yamada,et al.: "Oxidation Mechanism and Effective Anode Thickness of SOFC for Dry Methane Fuel" Solid State Ionics. 86-88. 1203-1209 (1996)
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[Publications] M.Ihara,K.Yamada,et al.: "Cathodic Reaction Mechanism for Dense-Sr-Doped Lanthanum Manganite Electrodes" Solid State Ionics. 86-88. 1191-1195 (1996)
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[Publications] M.Ihara,K.Sakaki,K.Yamada,et al.: "The Relationship Between the Overpotention and The Three Phase Boundary Length" Solid State Ionics. 86-88. 1179-1185 (1996)
