2020 Fiscal Year Annual Research Report
Reaction pathway in mixed-conducting oxide electrodes investigated by using patterned thin film model electrode
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18H02067
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
雨澤 浩史 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90263136)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井口 史匡 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00361113)
八代 圭司 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (20323107)
中村 崇司 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20643232)
木村 勇太 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60774081)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 固体酸化物形燃料電池 / 空気極 / 混合導電性酸化物 / 反応経路 / パターン電極 / オペランド計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに引き続き，本研究で独自に提案・開発されたパターン緻密膜電極を用い，固体酸化物形燃料電池（SOFC）空気極に代表される高温ガス電極における反応場（二相／三相界面反応）・およびそれらの反応量を定量的に分離評価し，電極反応活性の起源を明らかにすることを目的とした。高温ガス電極のモデル材料として，酸化物イオンCe0.9Gd0.1O1.95（GDC）－電子混合導電体La0.6Sr0.4CoO3-d（LSC）を主たる対象とした。特に，昨年度より開始したコンポジット化の効果の検討を継続して実施した。今年度は，新たに三相界面を持つコンポジット電極を模擬したパターン緻密膜モデル電極を作製し，これらに対し，電気化学測定，オペランドマイクロX線吸収分光（XAS）測定を行った。その結果，電解質材料とのコンポジット化による効果は，電極内の酸化物イオン伝導が促進され，電極反応場が拡張することだけでなく，反応活性の高い三相界面が増加することも大きく影響することが明らかにされた。また今年度は，パターン緻密膜電極を適用することで，実際のSOFCの劣化挙動の機構解明へと研究を展開した。その典型例として，SOFC空気極で問題となっているCr被毒を取り上げた。微量のCr含有ガスを導入しながらLSC/GDCパターン緻密膜電極の電気化学測定を行うとともに，実験後の電極に対してSEM・TEM観察やEPMA，X線・電子線回折，XAS分析を行った。その結果，Cr被毒には少なくとも3種類以上のモードが存在すること，また，電極過電圧印加に誘起されるCr析出が性能劣化に最も大きな影響を及ぼすこと，等が明らかにされた。このように，本研究で開発されたパターン緻密膜電極は，電極反応機構の解明だけでなく，電極性能劣化機構の解明にも有効であることが示された。
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| Research Progress Status |
令和2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 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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