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新規プロトン・電子混合伝導性材料の合成と高効率再生形燃料電池システムの開発

Research Project

Project/Area Number 18J13401
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Environmental engineering and reduction of environmental burden
Research InstitutionThe University of Tokyo
Research Fellow 小城 元  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsproton conductor / lanthanum tungstate / solid oxide fuel cell / leak current / anode-supported cell / hole conduction / multi layered electrolyte
Outline of Annual Research Achievements

新規プロトン・電子混合伝導性材料の合成と高効率再生形燃料電池システムの開発を目的とし、初年度の平成30年度は高プロトン伝導性電解質材料の開発と、リーク電流による効率低下抑制を目指した異種接合体の開発を行った。
非ペロブスカイト型構造を有するセリウム酸ランタン(LCO)を対象とし、高プロトン伝導性材料の開発を行った。高プロトン伝導性材料の開発は、高効率再生形燃料電池システムの実現に必要な高プロトン・電子混合伝導性材料への応用が期待されるものである。LCOについてLa/Ce比を変えた試料を合成し、相状態の確認と導電率測定を行った。その結果、La:Ce=2.6:1.4(LCO26)の試料までは単相で合成され、さらにLa量が増えると酸化ランタンが不純物として確認された。導電率については、単相合成された試料ではLa量の増加とともに導電率の上昇が確認され、LCO26で最も高い導電率を観測した。
上記で開発されたLCO26と、筆者らがこれまで研究対象としてきたタングステン酸ランタン(LWO67)を用いた異種接合体による電解質を作製し、その界面におけるリーク電流抑制効果の検討を行った。プロトン伝導性材料中ではマイナーキャリアであるホールの伝導によってリーク電流が発生し、燃料電池全体の効率低下が懸念されている。LWO67は高プロトン伝導性と低ホール伝導性を併せ持つ材料であることが筆者らのこれまでの研究から明らかになっており、他のプロトン伝導性材料と組み合わせることでホール伝導抑制層として機能することが期待される。LWO67をLCO26を組み合わせた多層電解質セルを用いて起電力測定を行った結果、LCO26のみを電解質として用いたセルと比較して高い起電力が観測され、多層電解質界面でリーク電流が抑制された可能性が示された。今後、多層化する材料の組み合わせを変えることで性能の向上が期待される。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(7 results)

All 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Fabrication and electrochemical performance of anode-supported solid oxide fuel cells based on proton-conducting lanthanum tungstate thin electrolyte2019

    • Author(s)
      Gen Kojo, Xiaochu Wei, Yoshio Matsuzaki, Hiroki Matsuo, Klaus Hellgardt, Junichiro Otomo
    • Journal Title

      Solid State Ionics

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] プロトン伝導性固体酸化物形燃料電池の電解質多層化による輸送特性制御2019

    • Author(s)
      小城 元, 松尾 拓紀, 松崎 良雄, 大友 順一郎
    • Organizer
      電気化学会第86回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 電解質多層化によるプロトン伝導性固体酸化物形燃料電池の高効率化の検討2019

    • Author(s)
      小城 元, 松尾 拓紀, 松崎 良雄, 大友 順一郎
    • Organizer
      化学工学会第84回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] プロトン伝導性タングステン酸ランタンを用いた燃料電池セル作製と輸送特性の影響2018

    • Author(s)
      小城 元, 松崎 良雄, 松尾 拓紀, 大友 順一郎
    • Organizer
      化学工学会第50回秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] プロトン伝導性中温作動燃料電池における輸送特性の発電効率に与える影響2018

    • Author(s)
      小城 元, 松崎 良雄, 松尾 拓紀, 大友 順一郎
    • Organizer
      2018年電気化学会秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] タングステン酸ランタンを用いたプロトン伝導性電極支持型燃料電池の中間層が発電性能に与える影響2018

    • Author(s)
      小城 元, 松崎 良雄, 松尾 拓紀, 大友 順一郎
    • Organizer
      第27回SOFC研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication and evaluation of electrode-supported type fuel cells with proton−conducting lanthanum tungstate2018

    • Author(s)
      Hiroki Matsuo, Gen Kojo, Yoshio Matsuzaki, Junichiro Otomo
    • Organizer
      Solid State Protonic Conductors 19
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2018-05-01   Modified: 2019-12-27  

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