2018 Fiscal Year Annual Research Report
Ferroelastic constitutive model contributing to prolongation of SOFC life and establishment of next-generation fuel cell design guideline
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16K17977
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
村松 眞由 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20609036)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 固体酸化物燃料電池 / 強弾性 / Phase-field / 均質化法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体酸化物燃料電池(SOFC)の空気極となるランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF)の微視組織の発展を考慮し，SOFCにおける強弾性現象を表現可能な数理モデルを開発するために，平成30年度は，前年度までに導入した均質化解析プログラムを用い，マクロな力学特性を算出するとともに，強弾性の数理モデルを実装したプログラムの修正，更新を行い，外部応力場において形成される組織に関する考察も行った．また，多結晶材料における解析結果を実施した．
LSCFは荷重を与えると特異な相変態が起こり，力学特性が変化することから強弾性体と呼ばれ，SOFCの機械劣化に影響を与えると考えられている．LSCFの結晶構造は通常高温では立方晶，低温では菱面体晶となる．LSCFは約1273Kで焼成させた後，室温までの降温過程において一部の結晶構造が立方晶から菱面体晶へと変化する．このとき，結晶構造が変化したことにより，相変態が起こった領域では固有ひずみが発生し，さらなる相変態が進行する．このように形成された組織はラメラ状であることが知られているが，そのメカニズムは未解明な点も多い．また，強弾性材料の変形挙動を予測するには，解析的に組織を形成させてその組織に対する変形解析を実施すれば，材料組織に依存した力学特性の予測が可能となる．しかしながら，このようなLSCFの微視組織形成を考慮しつつ力学特性を評価する解析はこれまで行われてこなかった．
本研究では，前年度にプログラムへ実装した均質化解析を用いて，単結晶体母相において，マクロ変形に伴って発現するミクロ組織の様子を再現した．その際の力学特性も算出した．また，多結晶体に解析においては，結晶粒によって異なるバリアントおよび方位のラメラ組織が形成される様子を再現した．さらに連成型均質化法における解析より，強弾性相の成長中にどのようなマクロ変形が起こるかを解析した．
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[Presentation] Electrochemical Potential Simulation of Solid Oxide Fuel Cell Considering Phase Transformation of Zirconium Oxide2018
Author(s)
Muramatsu, M., Ishiyama, T., Kishimoto, H., Yamaji, K., Yahiro, K., Kawada, T., Terada, K. and Yokokawa, H.
Organizer
6th European Conference on Computational Mechanics (ECCM 6)-7th European Conference on Computational Fluid Dynamics (ECFD 7)
Int'l Joint Research
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