Study of high performance composite cathode using LaNiO3 based oxides

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05040
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
• Research Institution: Chubu University
• Principal Investigator: Hashimoto Shin-ichi 中部大学, 工学部, 教授 (60598473)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 波岡 知昭 中部大学, 工学部, 教授 (90376955)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 空気極 / 電極活性 / コンポジット電極 / 固体酸化物形燃料電池 / プロトン導電体 / 酸素イオン導電体 / 低温作動化

Outline of Final Research Achievements

It is found out that pure electric conductor LaNiO3 showed very high electrochemical activity on gadolinium doped Ceria (GDC) which is one of the oxide ionic conductor. In this study, LaNiO3-GDC nano-composite cathode was examined for low temperature operated Solid Oxide Fuel Cells (LT-SOFCs), and electrochemical properties of LaNiO3 on protonic conductor were also studied. Interfacial conductivity of LaNiO3-GDC nano-composite cathode on GDC is higher than that of LSC below 823 K. Additionally, LaNiO3 on protonic conductor SrCe0.95Yb0.05O3-d also showed high electrochemical activity in wet air. It is estimated based on the data that LaNiO3- SrCe0.95Yb0.05O3-d nano-composite cathode can show interfacial conductivity over 18 Scm-2 at 823 K.

Free Research Field

電気化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、ほぼ全ての高性能空気極の開発は、電子-イオン混合導電体が前提として検討されているが、本研究では、イオン導電しないLaNiO3と電解質とのコンポジットの電極構造により、それらを上回る可能性があることを示した。さらに、LaNiO3が酸素イオン導電性電解質のみならず、プロトン導電性電解質上でも、同等以上の高い電極活性を示すことが分かった。
近年、効率の観点から、プロトン導電性電解質を用いた固体酸化物形燃料電池の開発が盛んに行われているが、空気極の性能が大きな課題の一つになっている。本研究の成果は、従来とは異なる設計指針により、それをブレイクスルーできる可能性を示唆している。