ランタンシリケートセラミックス電解質と電極界面の改善によるSOFC特性向上

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04693
• Research Institution: Niihama National College of Technology
• Principal Investigator: 中山 享 新居浜工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (50300637)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: アパタイト酸化物イオン伝導体 / 固体酸化物型燃料電池

Outline of Annual Research Achievements

５００℃での導電率が０．０１３Ｓ・ｃｍ－１を示す無配向ランタンシリケートセラミックスおよび５００℃での導電率が０．０３３Ｓ・ｃｍ－１を示すｃ軸配向ランタンシリケートセラミックスを電解質材料に用いた。電極（拡散層）接合面のランタンシリケートセラミックス電解質の表面粗さＲａとＳＯＦＣ最高発電出力の関係を調べた。
無配向セラミックスおよびｃ軸配向セラミックス共に電解質の厚みは、１ｍｍとした。電解質／電極の緩衝層は、スピンコーターにより塗布・焼付で設けた（ＣｅＯ２）０．８（Ｓｍ２Ｏ３）０．２膜を設けた。カソードおよびアノード電極共に、ＤＣスパッタを用いて成膜しＰｔ膜を設けた。電極（拡散層）接合面の電解質の表面粗さＲａは、１０ｎｍおよび３００ｎｍの２種類とした。３％－Ｈ２（Ａｒバランス）とＡｉｒを用いて、５００℃での電解質支持型ＳＯＦＣ単セルの発電最高出力を測定した。
電解質に無配向セラミックスを用いた場合、電解質の表面粗さＲａが１０ｎｍの場合は８ｍＷ・ｃｍ－２、３００ｎｍの場合は５ｍＷ・ｃｍ－２であった。一方、電解質にｃ軸配向セラミックスを用いた場合、電解質の表面粗さＲａが１０ｎｍの場合は７０ｍＷ・ｃｍ－２、３００ｎｍの場合は５０ｍＷ・ｃｍ－２であった。無配向セラミックスおよびｃ軸配向セラミックス共に、電解質の表面粗さＲａが小さいと発電最高出力が高くなっており、当初の予想どおりの結果が得られた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

卓上型精密研磨装置の導入前に、既存装置にて試験的に鏡面研磨加工を実施して、表面粗さＲａと加工方法と関係を調べることに時間を費やしてしまった。表面粗さＲａは１０ｎｍまでは実現でき、卓上型精密研磨装置の導入によって目標の表面粗さＲａである２ｎｍは鏡面研磨加工が可能であることもわかった。

Strategy for Future Research Activity

目標の２ｎｍの表面粗さＲａに鏡面研磨加工した電解質を用いた場合の発電最高出力測定を令和５年度の早い段階で実施したい。加えて、＃６００のダイヤモンドラップ盤での研削加工で得られる表面粗さＲａが２μｍの電解質を用いた場合の発電最高出力測定も実施して、幅広い範囲での表面粗さＲａとＳＯＦＣ最高発電出力の関係を調べる。
令和５年度後半は、発電最高出力が最も高い値が得られた電解質の表面粗さＲａにて、電解質の厚みを現時点の１ｍｍから薄くした場合の５００　℃での電解質支持型ＳＯＦＣ単セルの発電最高出力測定を実施する。

Causes of Carryover

試験的に既存装置を用いて鏡面研磨加工方法と表面粗さＲａとの関係を調べることに時間を費やしてしまい、卓上型精密研磨装置の導入が遅れた。卓上型精密研磨装置導入、使用して、目標の表面粗さＲａである２ｎｍは鏡面研磨加工を目指す。