2018 Fiscal Year Annual Research Report
ステンレスの使用が可能な高性能中温域動作酸化物形燃料電池用電極材料創製
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16F16761
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森 利之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 上席研究員 (80343854)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
REDNYK ANDRII 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2016-10-07 – 2019-03-31
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| Keywords | 極微量貴金属酸化物蒸着 / 中温域SOFC / アノード / 活性サイト設計 / 界面欠陥構造 / 蒸着・還元 / 表面欠陥構造シミュレーション / アノード過電圧低下 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マグネトロン・スパッタ法を用いて、中温域固体酸化物形燃料電池（SOFC）中のアノード層上に、100ppm (= mg kg-1)前後の極微量Pt族金属酸化物の蒸着と水素還元を行い、これまで難しいとされてきた高活性な3相界面作製のための新規活性サイト創製を行った。本来、Pt族金属は、元素としても類似の性質を示すことが予想されるものの、3価のRh（Rh3+）を極微小量蒸着して得られたアノード内3相界面の電極性能は、2価のPt（Pt2+）を極微小量蒸着して得られたアノード内3相界面の電極性能を大きく上回るとともに、700℃というSOFC動作温度において従来型のサーメット形アノードが示していた活性の約3倍程度の高い活性を示すことを、参照極と電流遮断法を用いたアノード過電圧測定及びカソード過電圧測定結果から確認することができた。
また、その性能安定性を100時間程度、ターフェル領域におけるセル電圧の安定性を基に検討した結果、従来型のサーメット形アノードの性能低下に比しても、十分に高いセル電圧の安定性を示すことも分かった。こうした効果が得られた理由を考察するべく実施した、Ni(111)表面における欠陥構造シミュレーション（Code: GULP、Empirical potential: Buckingham）の結果は、白金族金属カチオン、酸素欠陥（3相界面近傍であることから生じる欠陥）及びNi格子欠陥からなる会合欠陥クラスターからなる界面が、YSZ表面と、3相界面近傍で部分的に酸化したNi表面の間に生じた大きな格子不整合の緩衝層の役割を担い、YSZ表面のみで発生していた水分子生成反応が、部分的に酸化したNi表面上でも起こることで、アノード表面における過剰な過電圧の低下を可能にするという、ユニークな異種界面アノード反応サイトの設計が可能であることを示していた。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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