Single Crystal Zirconia Nanosheets for Portable Solid Oxide Fuel Cells Using

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14402
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Yamada Tetsuya 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (50823142)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ナノシート / マイクロリアクター / 固体酸化物形燃料電池 / ジルコニア / イオン液体 / イオノサーマル

Outline of Final Research Achievements

Thinner electrolytes for solid oxide fuel cells lead to lower operating temperatures, improved durability, higher efficiency and output, and smaller and lighter weight. Therefore, we worked on synthesizing single-crystal zirconia nanosheets and aimed at thinning the electrolyte. The electrical properties of the zirconia nanosheets were evaluated and found to be impervious to electrons up to about 20 V. This voltage value is considered to be related to the number of cells that can be stacked in series. In order to reduce the size of solid oxide fuel cells, we worked on the fabrication of a reactor with thermal insulation and thermal resistance that can accommodate planer cells and succeeded in creating a structure with thermal resistance that does not break down despite a large thermal gradient of 500°C/cm.

Free Research Field

電気化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これからの技術発展を支えるためには環境に優しく小型で高密度なエネルギーが必要になる。高いエネルギー変換効率とエネルギー密度を持つ固体酸化物形燃料電池は次世代エネルギーを支えるエネルギー基盤の一つとして考えられ、現在は定置用電源として普及されつつある。本研究で行ったジルコニアナノシートを使った電解質作製とマイクロリアクター開発における研究成果は大型の定置用電源から『手のひらサイズの小型化』に貢献するものであると考えている。