2014 Fiscal Year Annual Research Report
原子力発電依存低下に資するナノヘテロ組織構造制御による発電・畜電デバイスの設計
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25281066
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森 利之 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (80343854)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 燃料電池ﾃﾞﾊﾞｲｽ / 高温水蒸気電解ﾃﾞﾊﾞｲｽ / 中温動作 / 白金-酸化物ヘテロ界面 / ３層界面 / セリア / ジルコニア / 微量白金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成25年度に、白金(Pt)-CeOx界面を多数有する電極を作製したうえで、その電極を水素極として用いて、固体電解質の厚みを0.5mmとした中温（500℃以上700℃以下）作動水蒸気電解ｾﾙを作製し、その性能評価を行ったところ、通常の水素極（NiO-ｲｯﾄﾘｱ安定化ｼﾞﾙｺﾆｱ）組成を用いた高温水蒸気電界ｾﾙの800℃における性能を、500℃付近において示すことが可能であることが明らかになった。本年度はその結果を基に、さらに白金担持量を減らし、白金(Pt)-酸化物界面の電極機能を、燃料電池ﾃﾞﾊﾞｲｽ内ｱﾉｰﾄﾞに応用することで、700℃程度の中温域において、酸化物形燃料電池(SOFC)発電性能の大幅な向上を達成するべく、ﾏｸﾞﾈﾄﾛﾝ・ｽﾊﾟｯﾀ法を用いて、微量酸化白金（PtOx）を、NiO-ｲｯﾄﾘｱ安定化ｼﾞﾙｺﾆｱ・ｱﾉｰﾄﾞ上にｽﾊﾟｯﾀし、白金(Pt)-ZrO2界面を作成したうえで、そのSOFC発電性能評価を行った。
その結果、わずか数ppm相当の微量PtOxを、NiO-ｲｯﾄﾘｱ安定化ｼﾞﾙｺﾆｱ・ｱﾉｰﾄﾞ上にｽﾊﾟｯﾀすることで、動作温度800℃のSOFC単ｾﾙ発電試験における電流密度50mAcm-2において、通常のNi-ｲｯﾄﾘｱ安定化ｼﾞﾙｺﾆｱｱﾉｰﾄﾞｱﾉｰﾄﾞを用いた場合には、わずか0.3Vであったｾﾙ電圧が、同じ動作温度、測定電流密度において、ｾﾙ電圧を1.02Vまで向上させることに成功した。また動作温度700℃でも、50mAcm-2において0.78Vのｾﾙ電圧値が得られることを確認した。昨年度、今年度における検討結果から、ｽﾃﾝﾚｽ・ｽﾃｨｰﾙをｲﾝﾀｰｺﾈｸﾀｰに用いた、高性能酸化物形燃料電池ｽﾀｯｸや、高温水蒸気電解ｾﾙｽﾀｯｸ開発への道を拓く、高性能微少量白金ー酸化物(ｼﾞﾙｺﾆｱまたはｾﾘｱ)界面を有する電極層の作成を達成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度に引き続き、白金ー酸化物(ｼﾞﾙｺﾆｱ)界面の燃料電池性能改善に与える影響を検討したが、特に、今年度は白金の使用量を、極端に減少させることを目的に、ﾏｸﾞﾈﾄﾛﾝ・ｽﾊﾟｯﾀ法を用いた微量酸化白金（PtOx）を、NiO-ｲｯﾄﾘｱ安定化ｼﾞﾙｺﾆｱ・ｱﾉｰﾄﾞ上に担持した。その結果、800℃以下の温度において劇的なｾﾙ電圧の改善が可能になった。
さらに、本年度は、将来の実用燃料電池ﾃﾞﾊﾞｲｽの作成を視野に、CVD法を用いて、膜厚20ﾐｸﾛﾝの緻密膜を、上記ｱﾉｰﾄﾞ層のうえに形成し、安定な燃料電池発電性能が得られることを確認ずみであることから、最終年度に、すでに確認した微量白金-酸化物界面を、この薄膜単ｾﾙのｱﾉｰﾄﾞ層内に形成することに加えて、その電極層内界面機能を高める目的で、酸化物ﾅﾉ粒子にかえて、すでに合成に成功している酸化物ﾅﾉﾜｲﾔを用いることで、ｽﾃﾝﾚｽ・ｽﾃｨｰﾙをｲﾝﾀｰｺﾈｸﾀｰに使用可能な700°以下の温度においても、実用的な面からみても、優れた性能を有する酸化物形燃料電池ｾﾙや、高温水蒸気電解ｾﾙを作成するための道筋を明らかにすることができると（確信をこめて）考えられることから、上記の自己評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度の研究成果を基に、平成27年度では、ﾏｸﾞﾈﾄﾛﾝ・ｽﾊﾟｯﾀ法を用いた微量酸化白金（PtOx）を、NiO-ｲｯﾄﾘｱ安定化ｼﾞﾙｺﾆｱ・ｱﾉｰﾄﾞ上のほかに、NiO-ｼﾞﾙｺﾆｱ・ﾅﾉﾜｲﾔ・ｱﾉｰﾄﾞ、NiO-Gd ﾄﾞｰﾌﾟﾄﾞｾﾘｱ・ﾅﾉﾜｲﾔ・ｱﾉｰﾄﾞ、NiO-ｾﾘｱ・ﾅﾉﾜｲﾔ・ｱﾉｰﾄﾞ及びNiO-ｾﾘｱﾅﾉ粒子・ｱﾉｰﾄﾞなどの基板上に、昨年度と同じく、ﾏｸﾞﾈﾄﾛﾝ・ｽﾊﾟｯﾀ法を用いてｽﾊﾟｯﾀしたうえで、あわせてCVD法を用いて、膜厚20ﾐｸﾛﾝの緻密固体電解質膜を上記ｱﾉｰﾄﾞ上に形成し、その後、ﾗﾝﾀﾝｽﾄﾛﾝﾁｳﾑ･ｶｿｰﾄﾞまたはﾗﾝﾀﾝｽﾄﾛﾝﾁｰﾑｺﾊﾞﾙﾄﾃﾂｹｲｶｿｰﾄﾞ用いた単セルを作製することで、燃料電池単ｾﾙ及び水蒸気電解単ｾﾙの性能評価を、ステンレスが使用可能な650℃以下で行う。くわえて、その発電（または水蒸気電解）性能耐久性を評価することで、本科研費ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ開始時に目標とした、ｽﾀｯｸｾﾙにｽﾃﾝﾚｽ・ｲﾝﾀｰｺﾈｸﾀｰを利用することが可能になる革新的高性能中温域動作（650℃以下）酸化物形燃料電池ﾃﾞﾊﾞｲｽ及び高温水蒸気電解ﾃﾞﾊﾞｲｽの作製にめどをつけ、あわせてその長期使用の安定性評価(100時間以上数百時間程度)に関する知見をまとめる。
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[Presentation] Development of Pt loaded ceria electrodes in fuel cells based on the results of microanalysis2014
Author(s)
Toshiyuki MORI, Keisuke FUGANE, Shipra CHAUHAN, Takuya MASUDA, Pengfei YAN, Jin ZOU, Graeme AUHTERLONIE, John DRENNAN
Organizer
8th international conference on advanced materials processing
Place of Presentation
Hotel Grand Chancellor Surfers Paradise,Gold Coast, Queensland,Australia
Year and Date
2014-07-27 – 2014-07-30
Invited
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