高分散した酸化物微粒子によるメタンのアノード酸化反応活性化

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650704
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 佐藤 一則 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (20143828)
• Keywords: 固体酸化物燃料電池 / メタン / アノード分極 / 燃料極 / 複合遷移金属酸化物

Research Abstract

天然ガスの主成分であるメタンを直接に使用可能な固体酸化物燃料電池(SOFC)の開発を目的として、メタンのアノード酸化反応に対して高活性を示す電極物質の探索を行った。本年度は、層状結晶構造をもつ3d-4d複合遷移金属酸化物PdCoO_2と岩塩型結晶構造をもつ3d複合遷移金属酸化物NiCoO_2に着目した。PdCoO_2については、メタン酸化反応活性を高めるための微粒子化合成法の確立と燃料電池特性におよぼす粒子微細化効果の検討を行った。NiCoO_2については、メタン酸化反応活性化機構を生成ガス成分分析により検討した。従来の複分解反応を用いたPdCoO_2合成法では、結晶成長により粗大化したPdCoO2粒子しか得られないために、機械的粉砕による微粒子化、ゾルゲル法および共沈法による微粒子合成を行い、作製したPdCoO_2粒子の結晶化度、結晶面配向、粒子サイズが燃料電池性能に与える効果を検討した。Pd-Co塩化物溶液から共沈法にて作製したPdCoO_2粒子は、結晶化度が高くPd^+イオンの層状配列面の配向性が著しいことを見いだした。このPdCoO_2粒子が多孔質金属基質に分散した燃料極を安定化ジルコニア固体電解質と組み合わせたセルは、放電電流密度が最も高い値を示した。アノード分極低抗の測定結果から、PdCoO_2粒子によるメタン改質反応の促進効果が分極低抗の低下をもたらすものと考察した。CoNiO_2粒子の燃料極への分散はメタン使用の固体酸化物燃料電池の性能を高めるが、燃料メタンに対するアノード酸化反応の活性化は供給メタン中の酸素分圧に依存することを見いだした。すなわち、CoNiO_2が還元される酸素分圧では燃料電池性能が低下するが、CoNiO_2が安定な酸素分圧以上では燃料電池性能は低下しないことを明らかにした。この場合におけるメタンのアノード酸化反応速度はCOおよびH_2の生成速度に比例したことから、メタンの部分酸化反応に対するCoNiO_2の活性化効果を示した。

Research Products

• [Publications] K.Sato(佐藤一則): "Catalytic and electrochemical oxidation of methane on the anodes dispersed with PdCoO2 and NiCoO2 particles"Electrochem. Soc. Meeting Abst.. 99-2. (1999)
• [Publications] K.Sato(佐藤一則): "Electrode activity of the cobalt oxide-nickel oxide solid solution for the methane oxidation in a solid oxide fuel cell"Electrochem. Soc. Meeting Abst.. (印刷中). (2000)