| 研究課題/領域番号 |
07458100
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
エネルギー学一般・原始力学
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
山田 興一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10260499)
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| 研究分担者 |
温 慶茹 東京大学, 大学院・工学系研究科, 寄付講座教員
伊原 学 (井原 学) 東北大学, 反応化学研究所, 助手 (90270884)
榊 啓二 物質工学工業技術研究所, 主任研究員 (50272406)
CHING-RU Wen The University of Tokyo, School of Engineering, Research staff
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| 研究期間 (年度) |
1995 – 1997
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| 研究課題ステータス |
完了 (1997年度)
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| 配分額 *注記 |
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
1997年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
1996年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
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| キーワード | 固体酸化物燃料電池 / 電極反応 / カソード / アノード / 作動温度 / 電気自動車 / 低温作動 / 高発電効率 / 高出力密度 / 電極反応機構 |
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| 研究概要 |
1.カソード
(1)LSM系多孔質電極
La_<1-X> Sr_X Mn O_3を用いて多孔質電極を作製し、温度、酸素分圧を変化させて、電流密度ー過電圧を測定した。電極粒子の微細構造を制御することで低過電圧の電極を作製することが可能となった。また、電極を電解質から溶解することで、電極反応を支配する要因となる電極ー電解質ー気相の三相界面の長さを直接測定することが可能となった。吸着過程と表面拡散を考慮したモデルを構築することで三相界面長と過電圧の定量的関係を明らかにした。
(2)LSC系電極
電子導電性とイオン導電性との混合導電体であるLa_<1-X> Sr_X Co_<1-Y> Fe_X O_3を電極に、電解質としてSm_2 O_3 doped CeO_2を用いてち密電極を作製した。イオンの拡散は抵抗とならず、表面における酸素の解離吸着過程が律速になっていることが明らかになった。次に表面反応と電極内の酸化物イオンの拡散の両方を考慮したモデルを構築した。イオン導電率が極めて小さい物質の場合は電極界面誘導率が膜厚に比例しこれから酸化物イオン導電率を求めることができることが分かった。イオン導電率の比較的大きい物質は電極界面導電率はPo_2の1/2乗に比例し、表面反応速度定数を求めることができることが分かった。また多孔質電極における膜厚と電極特性の関係から限界性能とそれを決定する因子について考察を行った。
2.アノード
平板型SOFC単セルにおいてNi/YSZサ-メットをアノードとして用い、ドライCH_4を燃料として1000℃にて発電実験を行った。電流密度を大きくするにつれて、電極反応は炭素析出反応から、析出炭素の酸化を経て、メタンの完全酸化に選択性か変化することが分かった。発電実験により炭素析出抑制のしきい値電流は燃料極の有功膜厚、メタン濃度に比例し、操作温度の低下に伴い減少することが分かった。最適膜圧は70〜140mm程度であった。モデルを構築することでこのしきい値電流を予測することができるようになった。
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