2022 Fiscal Year Annual Research Report
Degradation mechanism of solid oxide cell electrodes during reversible operation between fuel cell and electrolysis cell modes
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20K14663
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
志村 敬彬 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (70814143)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 固体酸化物形燃料電池 / 固体酸化物形電解セル / 三次元電極微細構造 / 格子ボルツマン法 / 酸素同位体交換 / 二次イオン質量分析法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体酸化物形セル（SOC）は，固体電解質と多孔質電極から構成される高効率なエネルギー変換デバイスであり，燃料を電気へと変換する燃料電池（SOFC）モードと，燃料を合成する電気分解（SOEC）モードの両方向にて高効率な変換が可能である．このような特性から，電力系統において需給バランスを調整する役割を果たし，多様な電源構成における安定なエネルギーシステムの実現に貢献できると期待されている．SOCリバーシブルシステムの実用化のためには，長期運転時に引き起こされる電極性能の劣化メカニズムを，電極内の反応や電極構造の観点から明らかにすることが必要である．昨年度まで，ランタンストロンチウムマンガナイト（LSM）-YSZ空気極の局所における反応メカニズムに関して，反応状態において酸素同位体を供給したのち電極内部の同位体濃度分布を計測し，その観察領域が含まれる電極微細構造において反応状態における酸素同位体の取り込み，輸送を数値計算により予測した結果と比較することで，実際の電極における反応メカニズムを明らかにすることに取り組んできた．本年度は，電極反応モデルおよび同位体輸送計算モデルを改良し，酸素分圧の低下によりLSMの酸素拡散係数が上昇する効果を考慮し，電極内の酸素同位体分布をより詳細に実験結果と比較した．この結果から，従来予測されていた電極構造由来のイオン電流の分布が，実際の電極においても起こり，同位体濃度分布に影響を与えることが明らかとなった．また，LSM内部においても，反応場となる三相界面付近にて，反応に起因する過電圧により酸素分圧が低下し酸素拡散係数が上昇することで，酸素同位体の取り込みが促進される様子が再現できた．これらの結果から，電極の反応モデルは実際の電極の反応を定性的に予測可能であることが分かり，さらなる反応メカニズムの解明のために，効果的なツールとなることが分かった．
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Research Products
(1 results)
