500℃作動ランタン－シリケート電解質支持型SOFC単セルの開発

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K06495
• Research Institution: Niihama National College of Technology
• Principal Investigator: 中山 享 新居浜工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (50300637)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: アパタイト酸化物イオン伝導体 / 固体酸化物型燃料電池

Outline of Annual Research Achievements

前年度に引き続き、ランタンシリケートセラミックス焼結体組成の検討によって、さらに高い酸化物イオン伝導を示す焼結体を得ることができた。その得られたランタンシリケートセラミックス焼結体の酸化物イオン伝導の向上によって、SOFC単セルの発電特性も僅かに向上できた。SOFC発電特性評価は、450、500、550℃の各温度にて、燃料極側に3%-H2（N2バランス）ガスを、空気極側にAirを流しながら実施した。SOFC発電特性測定時の電極材料として、空気極側および燃料極共に使えるPt材料（Pt黒、Pt塗料、Pt粉）、一般的に燃料極側に用いるNi－CeSmO系材料およびNi－LaSiO系材料、一般的に空気極側に用いるLa0.8Sr0.2MnO3材料およびLa0.8Sr0.2Co0.4Fe0.6O3材料を用い、スピンコート法によって電極形成したが、現時点では前年度から用いているスパッタリング法にて形成したPt電極の場合を越える特性は得られなかった。また、電極と電解質間の緩衝層材料として前年度検討したCeO2系材料の代わりZrO2系材料やBi2O3系材料を用いたが、CeO2系材料を越える特性は得られなかった。さらに、電解質及びPt電極との接触面改良を狙い、緩衝層としてCeO2系粉末にPt粉末を混合したスピンコート膜にてPt添加量の影響を検討したが、期待した最大電力密度の向上は認められなかった。緩衝層のSOFC発電特性への影響について、同じ緩衝層材料を用いて空気極側および燃料極側に対して個別の調査も加えて行ったところ、燃料極側に較べて空気極側への影響が大きいことがわかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

SOFC電解質材料の候補にあげているφ15mm以上サイズ品のランタンシリケート単結晶作製ができていないこと、当初新居浜高専にて購入予定だった強磁場発生装置が導入できず高い酸化物イオン伝導を示すc軸配向ランタンシリケートセラミックス焼結体も作製できていないことから、大幅な酸化物イオン伝導の向上が達成できなかった。そのため、目標であった厚み1 mmの電解質を用いた電解質支持型SOFC単セルにおいて500℃での発電出力100 mW・cm－2以上の実現ができていない。

Strategy for Future Research Activity

電極と電解質間の緩衝層に関する検討については、前年度は空気極側および燃料極側に対して同一検討を進め、平成28年度は空気極側および燃料極側それぞれ個別検討を行い、空気極側の影響が大きなことがわかったため、平成29年度は最適な緩衝層材料についての空気極側および燃料極側それぞれ個別検討を行う。電極材料は、スパッタリング法にて形成したPt電極に固定する。大幅な酸化物イオン伝導の向上が達成できるφ15mm以上サイズ品のランタンシリケート単結晶およびc軸配向ランタンシリケートセラミックス焼結体の早急な入手によって、厚み1 mmの電解質を用いた電解質支持型SOFC単セルにおいて500℃での発電出力100 mW・cm－2以上を実現する。