2013 Fiscal Year Annual Research Report
固体酸化物形燃料電池燃料極のニッケル焼結挙動の解明
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23360093
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鹿園 直毅 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30345087)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 祥太郎 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (10401134)
梅野 宜崇 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40314231)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 燃料極 / 数値シミュレーション |
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| Research Abstract |
本研究では，収束イオンビーム走査型電子顕微鏡（FIB-SEM）により再構築した固体酸化物形燃料電池（SOFC）のニッケル/イットリア安定化ジルコニア（Ni/YSZ）燃料極の3次元構造の相界面をレベルセット関数により表現し，界面曲率や三相界面接触角を定量化する手法を開発した．電極における電気化学反応の活性点である三相界面において，ニッケル，YSZ，空隙の各相の接触角を正確に導出するためには，三相界面に垂直な平面を定義する必要がある．本研究では，ラグランジュの未定乗数法を用いて局所三相界面方向ベクトルを産出し，精度の高い接触角算出手法を開発した．本手法により，世界ではじめて実電極を用いた接触角計測が可能となった．
続いて，SOFC電極多孔構造の焼結プロセス中の形態変化を予測するための数値シミュレーションコードとして，フェーズフィールド法およびカイネティックモンテカルロ法を取り上げ，そこで必要となる拡散係数や表面エネルギーといった詳細な計算パラメーターを実験結果に基づいて評価および検証した．実験では，通常のNi/YSZ燃料極の形態変化を温度やガス雰囲気を変化させることで観察した．さらに，燃料極を構成するニッケル，酸化ニッケル，YSZの単体粉末ならびに混合粉末を用いた焼結実験を行った．焼結プロセスの途中の3次元構造データを用いて数値計算パラメータを検証することで，数値シミュレーション手法を実電極の形態変化予測に適用できる見通しが得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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