| 研究概要 |
酸素イオン伝導体であるイットリア安定化ジルコニアなどの固体電解質は,固体酸化物燃料電池(SOFC)などへの応用が期待されている.SOFCは全て固体で構成されているので,電解質と電極材との整合性が必要で,我々は電極材料として,電解質材料である安定化ジルコニア(YSZ)をベースにした電子-イオン混合伝導体を用いることを考えている.しかしながら電子伝導性を向上させるにはYSZに添加する材料の濃度を高める必要があるので,整合性が悪くなる.そこでYSZに添加する材料の濃度を傾斜し,電極/電解質界面での整合性を良くすることが考えられる.本研究ではYSZに添加する材料としてCeO_2を取り上げ,CeO_2濃度を変化させた組成変調薄膜(FGM膜)をレーザアブレーション法により作製し,単セル試験を行い,電極としての特性を評価した.
YSZ単結晶基板を固体電解質とし,組成変調膜および単一組成膜(Ce-YSZ)を燃料極として成膜した.空気極として白金を用い,単セル試験を行った.その結果,発電性能はFGM膜を用いることにより向上することを明らかにした.これは電極内で組成変調させることにより,電解質/電極界面での整合性が向上し,電極過電圧が低下したためと考えられる.単セル試験用セル及び単セル試験装置を用いて,カレントインタラプタ法により電極過電圧の測定を行った結果,FGM膜の方がCe-YSZ単層膜よりも過電圧が低下し,電極としての性能が向上していることが明らかになった.以上の結果より,電極材に組成変調構造を導入することにより,SOFCの電気化学的特性を向上させることが明らかになった.
今後,さらに,燃料極として最適な材料の探索や組成変調法を研究し,高性能傾斜機能化SOFCの開発を行うことが必要となる.
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