2013 Fiscal Year Annual Research Report
金属－混合伝導性酸化物界面における反応場形成と電気化学デバイスへの展開
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25289284
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
菊地 隆司 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40325486)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 混合伝導体 / 燃料電池 / 電子伝導性 / イオン伝導性 / 三相界面 / チタン酸カルシウム / 酸化セリウム |
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| Research Abstract |
本研究では、混合伝導性酸化物の電子およびイオン伝導特性の評価、金属－混合伝導性酸化物界面における触媒的な水素解離反応活性の評価、電気化学的な水素酸化反応特性の評価から、金属－混合伝導性酸化物界面での反応場形成と反応特性の向上について解明を進めることを目的としている。本年度は、混合伝導体としてサマリウム添加セリア(Sm2O3-doped CeO2, 以下SDC)および鉄置換チタン酸カルシウム（CaTi(Fe)O3,以下FCT）を用いたNi-SDCアノードおよびNi-FCTアノードを調製し、SDC粒径、FCT組成およびNi重量比が各燃料極反応過程に与える影響について、検討をおこなった。Ni量の低減によりいずれの場合も過電圧が増加した。Ni-SDCにおいては、Ni量の低減による反応過電圧の増加はあまり大きくなく、オーミックな抵抗の増加が性能低下の主な原因であることがわかった。Ni量とNi-SDCサーメットのオーミック抵抗の関係は、パーコレーション理論から説明でき、NiとSDCの粒径比を大きくすることにより、Ni量が低下してもオーミック抵抗の小さな燃料極を作製できることが分かった。FCTを用いた燃料極では、Fe置換量の増加で全伝導特性が上昇することで、反応過電圧が減少する傾向がみられたが、十分な酸化物イオン伝導性が確保できない場合には、全伝導率が増加しても反応過電圧が増加し、性能が低下することがわかった。このことから、十分な酸素イオン伝導性が確保される場合に、電子伝導性の増加は反応場の拡大に有効であることが示された。
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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
本年度は、電子伝導性および酸化物イオン伝導性を連続的に変化させることができる混合伝導性酸化物として、まずCaTi(Fe)O3を調製した。Feの置換量を変えて試料を作製し、燃料電池発電特性評価をおこなうことを目的とした。金属と混合伝導体の混合比、混合伝導体の粒径や結晶性が反応過電圧に与える影響についての評価を達成している。さらに混合伝導体としてSDCを用いた燃料極を作製し、その伝導特性がパーコレーション理論により説明できることを明らかにした点が当初の計画より進展した部分である。反応機構の検討を2年目に予定しており、装置等の立ち上げを予定通り進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属－混合伝導性酸化物界面長を定義した電極を作製し、電気化学的な水素酸化反応をおこなうことにより、金属－混合伝導体界面における反応過電圧と、混合伝導体の伝導特性の関連の評価をさらに進める。またCaTi(Fe)O3のCaをBaやSrなどに変えた混合伝導体の、燃料極への適用を検討する。特にSr置換型は電子伝導性が高く、酸素イオン伝導性の影響について評価するのには適した材料系である。金属－混合伝導体界面における、水素解離および水素酸化反応の触媒活性を評価するには、金属－混合伝導体界面の界面長を算出する必要があるため、吸着法や電子顕微鏡観察により活性金属種粒子径を評価し、界面長を算出する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
試料の分析や作製を外注する予定であったが、次年度以降に分析と作成を依頼する予定としたため。またデータ分析などで謝金を使用予定であったが、次年度以降に依頼する予定としたため。
試料分析や作製の外注費およびデータ分析の謝金として使用する予定である。
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