2018 Fiscal Year Research-status Report
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16K06781
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology |
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Principal Investigator |
吉田 健一 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (60252201)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 固体酸化物燃料電池 / 燃料極 / グリーンシート / 反り / 電解質 / 一体共焼結 / 金集電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体酸化物燃料電池の空気極の新物質探索のため、その基盤となる材料開発に取り組んだ。その結果、昨年同様に10㎝角のNi+YSZ燃料極のグリーンシートの作製に成功した。さらに、この基板の反りを抑えるための燃料極基板の作製条件を検討した。その結果、燃料極基板の厚さによって基板の反りの挙動が異なることが分かった。そのため基板の厚さと反りの関係を詳しく調べ、反りの少ない最適な厚さ条件を見出した。これにより基板の作製工程にさらに改良を加え、反りの少ない燃料極基板の安定供給が可能となった。上記の取り組みにより、Ni+YSZ燃料極基板上にYSZ電解質、GDC反応防止層、LSCF空気極を積層する技術を確立したしかしながら、上記のセルの作製過程では、電解質緻密化のために焼結助剤が必須となっていた。一方、今年度に新たに開発したNi+SCZ系の燃料極基板では、焼結助剤を用いずにSCZ電解質膜を一体共焼結することに成功した。またGDC反応防止層に関しては、少量の遷移金属酸化物をGDCに添加することで、GDCの低温焼結化と剥離強度の向上に成功した。一体共焼結したNi+SCZ燃料極・SCZ電解質基板上に、GDC反応防止層とLSCF空気極を焼き付けてセルの発電特性を評価したところ、800℃の水素・酸素雰囲気中で最大出力密度が0.88W/cm2となり、昨年度の特性を上回った。またこの性能評価に際しては、集電体に銀や白金といった触媒活性のある物質を使用せず、触媒活性のない金の集電体を用い、集電方法にさらなる工夫を加えた。今後はこれらの成果を生かし、空気極の新物質探索を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
空気極の新物質探索に必要となる、燃料極支持型の燃料極・電解質の一体基板の開発に時間が掛かっているため。しかしながら、これまでの研究により、上記課題には解決のめどがつきつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
燃料極支持型で電池の高出力化が可能な燃料極・電解質の一体型基板を開発し、それを研究に使用することで、空気極材料の新物質探索を目指す。
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| Causes of Carryover |
当初計画より、燃料極・電解質の一体型基板の開発が難航している。現状では、燃料極・電解質の一体型基板の作製に成功しているが、その最大出力値は0.88W/cm2に留まっている。この数値は、当初目標値を下回っている。このため、燃料極・電解質基板の高性能化が可能となる、レーザー蒸着法による基板作製を検討している。しかしながら、研究代表者が所有しているレーザーは、固体結晶を用いるNd-YAGレーザーである。Nd-YAGレーザーを本研究に使用すると、連続使用により結晶がダメージを受け、結晶部品の交換が必要となる。過去に行った実験では、レーザー結晶は半年ごとの交換が必要となった。しかしながら交換が必要となる結晶部品の合計金額は、百万単位となり非常に高価である。繰り越し予算は、主にこの費用のために使用する。2019年度の前期は、レーザー蒸着法を用いない従来方式で、燃料極基板上に高性能な電解質・反応防止層を積層することを試みるが、うまく行かない場合はレーザー蒸着方式に移行する。
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