高性能酸化物電極における非メタン炭化水素の電気化学酸化反応特性の解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K12244
• Research Institution: Chubu University
• Principal Investigator: 波岡 知昭 中部大学, 工学部, 教授 (90376955)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 真一 中部大学, 工学部, 教授 (60598473)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 再生可能エネルギー / ガス化 / 水素リッチガス / 固体酸化物形燃料電池 / 燃料極 / 炭素析出 / 酸化物電極

Outline of Annual Research Achievements

再生可能資源から製造した水素リッチガスを燃料として駆動する燃料電池用酸化物燃料極材料として、Sr2FeMo0.8Nb0.2O6-δ（SFMN）およびPrBa0.95(Fe0.9Nb0.1)O5（PBFN）を提案し、その調製法、電極材料としての電気化学性能評価、およびモデル不純物を用いた耐炭化水素性能を評価した。
基本結晶構造であるSr2FeMoO6の固相法による調製について、既往研究では二段階の条件設定による複雑な調製法を行っている。我々は本研究において1175℃、加湿・1％H2/Ar-Balance条件で焼成を行うことによる一段階焼成で、ほぼ単相のSFMNを調製可能であることを明らかにした。なお、PBFNは通常の固相法で単相を調製することが可能であった。
電気化学性能は、交流インピーダンス法から求めたオーム損失抵抗と分極抵抗を指標として評価した。SFMN、PBFNともに、オーム損失抵抗は電極材料として十分に低い値であることが確認できた。一方、分極抵抗は、Ni/YSZ電極と比較して1桁程度大きいことがわかった。今後、分極抵抗の低減が実用化への課題であることを明らかにした。
水素リッチガスの不純物として、トルエンを選び、10時間のトルエン暴露実験を行った。評価は、暴露実験前後のインピーダンスの変化で評価を行った。現在のところトルエン暴露のない条件でも経時的な劣化が観察されるため、厳密な評価はできなかったが、暴露実験前後のインピーダンスの増加は、対照実験の増加とほぼ等しく、行った実験条件の範囲においてタール暴露による電極の明確な劣化は観察されなかった。以上のことから、SFMNおよびPBFNは再生可能資源から製造した水素リッチガス駆動用燃料電池の燃料極材料として可能性のある材料であることを明らかとした。一方、実用化の課題として、分極抵抗の低減が挙げられることを明らかにした。

Remarks

2020年度はコロナ禍の影響を受け、研究進捗に大幅な遅れが生じた。そこで、2021年度、2022年度は研究成果の公表より研究の進捗を優先させた。十分な成果は得られているため、2023年度以降に研究成果の公表を行う。