2013 Fiscal Year Annual Research Report
ＳＯＦＣ燃料極のミクロ・メゾ構造制御による緩やかな直接内部改質反応の実現
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23360098
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
岩井 裕 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00314229)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 英生 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50166964)
齋藤 元浩 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90314236)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 改質反応 / 燃料電池 / 多孔質電極 / 微構造定量化 |
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| Research Abstract |
固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料極はニッケルと酸化物の混合多孔質が有力な候補である．SOFCの高い作動温度においては，燃料極に含まれるニッケルを触媒として炭化水素燃料を電池内部で水蒸気改質する直接内部改質が可能となる．電池内の様々な損失に伴う発熱を，燃料の改質に有効利用できることが利点である．しかし水蒸気改質は強い吸熱反応であるため燃料流入口でセルの温度が下がり，大きな温度勾配が生じてセルが割れる恐れがあり，対策が必要である．本研究は，直接内部改質時にセル温度を均一に保つために，水蒸気改質反応を穏やかに進行させる方法の確立をめざす．まずSOFCの燃料極を模したニッケルと酸化物の混合多孔質を自作した．材料の混合割合を変更することで，多様なミクロ構造を持つ燃料極を作製し，それらについて供給ガスや温度を制御した精密な改質反応実験を行った．改質実験後の燃料極について，収束イオンビームを持つ走査型電子顕微鏡(FIB-SEM)等を活用してその3次元微構造データを取得し，改質性能と微構造の相関付けを行った．さらに得られた微構造データを活用して，多孔質燃料極中で気体にさらされているニッケル表面積あたりの改質反応速度式を導出した．燃料極側の熱流動場に対する数値解析プログラムを開発して実験で得られた反応速度式を適用したところ，解析結果と実験データは良好に一致した．さらに空気極側も含めて発電反応を組込んだ単セル解析プログラムを開発した．多孔質電極の微構造を変更した場合の発電性能や改質反応への影響を，数値解析により系統的に検討した．特に燃料極支持型のセルの場合には，改質反応は電極表面付近で，発電反応は電極/電解質界面付近でそれぞれ活発になり，電極厚さ方向に微構造の異なる電極を積層することで，両反応の進行のバランスをある程度制御できることがわかった．
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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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Research Products
(7 results)
