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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Improvement of ceramic 3D printing resolution by temperature control and its application to fabrication of solid oxide fuel cell electrodes

Research Project

Project/Area Number 19K04216
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

吉田 英生  京都大学, 工学研究科, 教授 (50166964)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岩井 裕  京都大学, 工学研究科, 教授 (00314229)
岸本 将史  京都大学, 工学研究科, 特定助教 (10757636)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Keywords固体酸化物形燃料電池 / 3Dプリント / 非ニュートン流体 / メゾ凹凸界面
Outline of Annual Research Achievements

本年度は,固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料極支持体上に,昨年度調整した燃料極インクを押し出し式マイクロ塗布法を用いてプリントし,凹凸形状を付与した.その際,燃料極支持体をペルチェ素子を用いることで冷却することで,プリント後の燃料極インクの広がりを抑制することを試みた.燃料極インクの粘度測定と接触角測定により,燃料極インクの温度を5℃程度まで下げると,常温と比べて有意な差が生じることがわかっていたので,支持体温度は5℃に維持した.プリント後も低温状態を維持しながらインクを乾燥した後,YSZ電解質,GDC中間層,LSCF-GDC空気極を作製し,発電試験に供する燃料極支持型ボタンセルを作製した.作製したセルの電子顕微鏡観察により,緻密な電解質が形成されていることを確認した.セルの電流電圧特性およびインピーダンス特性の測定を行ったところ,700度における最大発電密度が1.05W/cm2程度であり,常温でプリントを行ったセルの1.0W/cm2を上回ることが示された.さらに発電出力の向上を目指すために,プリントするピッチを狭くすることを試みた.低温でプリントすることで線幅を減少することができるため,常温でプリントする際よりも線の間隔を小さくし,単位面積あたりの線の本数を増大させた.電解質や空気極作製の際のパラメータも再調整することで緻密な電解質と一様な厚みを持つ空気極を作製することに成功した.作製した燃料極支持型ボタンセルの電気化学測定を行ったところ,700℃における最大発電密度1.2W/cm2を達成することができた.

  • Research Products

    (6 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Mechanism of improved electrochemical performance of anode-supported solid oxide fuel cells by mesostructural modification of electrode-electrolyte interface2021

    • Author(s)
      Seo Haewon、Kishimoto Masashi、Nakagawa Taishi、Iwai Hiroshi、Yoshida Hideo
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 506 Pages: 230107~230107

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2021.230107

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Microextrusion printing for increasing electrode-electrolyte interface in anode-supported solid oxide fuel cells2020

    • Author(s)
      Seo Haewon、Iwai Hiroshi、Kishimoto Masashi、Ding Changsheng、Saito Motohiro、Yoshida Hideo
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 450 Pages: 227682~227682

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2019.227682

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improvement in the Electrochemical Performance of Anode‐supported Solid Oxide Fuel Cells by Meso‐ and Nanoscale Structural Modifications2020

    • Author(s)
      Seo H.、Kishimoto M.、Ding C.、Iwai H.、Saito M.、Yoshida H.
    • Journal Title

      Fuel Cells

      Volume: 20 Pages: 570~579

    • DOI

      10.1002/fuce.202000079

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Temperature-controlled micro-extrusion printing to obtain greater electrode-electrolyte interfacial area in solid oxide fuel cells2021

    • Author(s)
      Cheng DING,Haewon SEO,Masashi KISHIMOTO,Hiroshi IWAI
    • Organizer
      International Conference on Power Engineering 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 燃料極支持型SOFCの電極電解質界面拡大に向けた温度制御押出式マイクロ塗布法2021

    • Author(s)
      丁成,徐海元,岸本将史,岩井裕
    • Organizer
      熱工学コンファレンス2021
  • [Remarks] 京都大学 先端イメージング工学研究室

    • URL

      http://www.ail.me.kyoto-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2022-12-28  

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