2016 Fiscal Year Research-status Report
新規流路構造を持つ燃料極支持型ハニカム固体酸化物形燃料電池の三次元電流分布の解明
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15K05834
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中島 裕典 九州大学, 工学研究院, 助教 (70432862)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 燃料極支持形ハニカム固体酸化物形燃料電池 / 3次元電流分布 / 3次元燃料分圧分布 / ニッケル再酸化 / 過電圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
燃料極支持形ハニカムSOFCを管状電気炉で800-900℃に加熱し，マスフローコントローラーにより種々の燃料極，空気極ガス供給条件を設定して，電子負荷器により所定の電流を取り出し計測を行った．ハニカム多孔質燃料極支持体は，熱ゲル成形法によるハニカム多孔質燃料極支持体の一体成形実績のあるメーカーに依頼して製作し，電解質、空気極を，塗布，焼成し，作製した．燃料極，空気極配置および多孔質燃料極支持体厚さを変えてハニカムSOFCを製作し，電流遮断法および電気化学インピーダンス分光法を適用し過電圧を調べたところ，燃料欠乏に伴って，平衡論的，速度論的に決定される燃料極ニッケル再酸化の進行を示す内部抵抗の増大の違いが見られた．これは，ニッケル触媒ネットワークの電子伝導抵抗の増大および触媒活性表面積の減少に起因する．これまでの本研究の電流電圧特性評価から得られている，燃料極流路本数が多すぎると，燃料が上流部分で消費され，下流部分での燃料欠乏につながる考察との対応が得られた．また，多孔質支持体厚みが大きい場合に，燃料極流路上流側で，多孔質内に3次元的に燃料拡散が促進され，上流部分での電流が増えるものの，下流部分では燃料欠乏する考察とも対応が得られた．有限要素法の適用による水素分圧および電流分布解析とも傾向が一致した．また，燃料欠乏によるニッケル再酸化と流路構成の関係に関する知見が得られ，化学的耐久性向上の観点からの流路配置設計の必要性が明らかになった．
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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
流路配置および多孔質支持体厚みの違いによる，過電圧の違いが実測でき，燃料欠乏の影響を明確にした．有限要素モデルによる3次元的燃料分圧および電流分布の違いとも傾向が合致し，信頼性が向上した．今後，表面温度計測による3次元的電流分布の確認により，有限要素モデルの精度をさらに向上する必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
燃料極支持体厚さおよび流路配置を変え，多点温度計測手法によって，三次元温度分布を直接計測することで三次元電流分布を求め，有限要素モデルの精度をさらに向上させる．また，電気化学インピーダンス分光法により燃料拡散抵抗を得て，有限要素モデルと比較する．以上の燃料濃度分布や燃料拡散抵抗と合致する有限要素モデルを用いて，これらを大幅に緩和，低減するような新規流路配置を有するハニカムSOFCの設計指針を得る．この指針により，単セル当たりの流路本数（密度）を増やしたハニカムSOFCおよび，いくつかの燃料流路出口を閉塞することで，多孔質燃料極支持体内に強制対流を印加して，燃料のセル内三次元輸送を促進できるハニカムSOFCを設計，製作して，低燃料供給量においても大幅な体積出力密度向上と電流分布，温度分布緩和，さらには化学的耐久性向上を図り，三次元電流・温度分布評価を評価する．
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Research Products
(5 results)
