LSCF-GDCコンポジット空気極の性能向上メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 15H03926
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鹿園 直毅 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30345087)
• 研究分担者: 谷口 淳 東京理科大学, 基礎工学部電子応用工学科, 教授 (40318225)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 燃料電池

研究成果の概要

本研究は，混合導電体であるLSCFにイオン導電体のGDCを混合したSOFC空気極の性能向上メカニズムを明らかにすることを目的として実施した．LSCF-GDC粉末の混合比を変化させた空気極を作製し，その過電圧特性，および収束イオンビーム操作型顕微鏡（FIB-SEM）による3次元構造解析を行い，三相界面長，屈曲度ファクター，比表面
積，粒径分布等の電極性能を特徴付ける構造パラメータを取得した．さらに，格子ボルツマン法による分極シミュレーションを実施し，その分極特性を予測した．その結果，LSCF-GDCコンポジット電極では，三相界面反応の局所活性を考慮しないと，実験結果を再現できないことを示した．

研究成果

• [雑誌論文] Evaluation of electrochemical reaction mechanisms of La0.6Sr0.4CoO3-δ-Gd0.1Ce0.9O2-δ composite cathodes by 3D numerical simulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kim, Y. and Shikazono, N.
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: 319 ページ: 162-169
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2018.02.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of La0.6Sr0.4CoO3-δ-Gd0.1Ce0.9O2-δ Composite Cathodes with Different Volume Ratios by Three Dimensional Reconstruction (2017)
  • 著者名/発表者名: Kim, Y. and Shikazono, N.
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: 309 ページ: 77-85
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2017.07.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 - Gd0.1Ce0.9O1.95 composite cathode with three dimensional microstructure reconstruction (2017)
  • 著者名/発表者名: Kim, Y. T., Jiao, Z. and Shikazono, N.
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 342 ページ: 787-795
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2016.12.113
  • 査読あり
• [学会発表] Three dimensional electrochemical assessment of SOFC cathode based on lattice Boltzmann method with sub-grid scale models (2017)
  • 著者名/発表者名: He, A., Kim, Y.. and Shikazono, N.
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Micro and Nano Technology (ISMNT)
  • 発表場所: Kyushu University, Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2017-03-19
  • 国際学会
• [学会発表] Polarization characteristics of LSCF-GDC Composite Cathode with Different Volume Fractions (2017)
  • 著者名/発表者名: Kim, Y., Ohi, A., He, A., Jiao, Z., Shimura, T., Klotz, D., Hara, S. and Shikazono, N.
  • 学会等名: SOFC XIV
  • 国際学会
• [学会発表] LSCとGDCコンポジット空気極の電極性能評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 金容兌，焦震鈞，鹿園直毅
  • 学会等名: 第24回SOFC研究発表会
• [学会発表] Investigation of Reaction Mechanism in La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-Gd0.1Ce0.9O1.95 Solid Oxide Fuel Cell Composite Cathode (2017)
  • 著者名/発表者名: Kim, Y., Ohi, A., Jiao, Z. and Shikazono, N.
  • 学会等名: First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
• [学会発表] Numerical Simulation of Solid Oxide Fuel Cell Electrodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Shikazono, N., Hara, S. and Jiao, Z.
  • 学会等名: First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
  • 招待講演
• [学会発表] Numerical Simulation of solid oxide fuel cell electrodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Shikazono, N., Hara, S., Jiao, Z., Yan, Z. and Kim, Y.
  • 学会等名: 229th ECS Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] 固体酸化物形燃料電池電解質へのフィン構造作製方法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷口淳，木上裕，金容兌，焦震鈞，鹿園直毅
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2016
  • 発表場所: 愛媛大学，松山
  • 年月日: 2016-10-22
• [学会発表] Three dimensional numerical assessment of SOFC cathodes based on anisotropic sub-grid scale conductivities (2016)
  • 著者名/発表者名: He, A., Onishi, J. and Shikazono, N.
  • 学会等名: 2016 Asian SOFC Symposium
  • 発表場所: The University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Reaction Mechanisms in La0.6Sr0.4CoO3-Gd0.1Ce0.9O1.95 Composite Cathodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim, Y. and Shikazono, N.
  • 学会等名: 2016 Asian SOFC Symposium
  • 発表場所: The University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] 固体酸化物形燃料電池コンポジット空気極の電極性能と構造の相関評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 金容兌，鹿園直毅
  • 学会等名: 第21回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館，横浜
  • 年月日: 2016-06-16
• [学会発表] Numerical Simulation of Temporal Change in SOFC Anode Microstructure (2016)
  • 著者名/発表者名: Shikazono, N., Hara, S. and Jiao, Z.
  • 学会等名: MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2016-05-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] LSCとGDCコンポジット空気極の電極性能評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金容兌
  • 学会等名: 第24回SOFC研究発表会
  • 発表場所: 科学技術館サイエンスホール，東京
  • 年月日: 2015-12-16
• [学会発表] Polarization characteristics of LSCF-GDC Composite Cathode with Different Volume Fractions (2015)
  • 著者名/発表者名: 10.Kim, Y., Ohi, A., He, A., Jiao, Z., Shimura, T., Klotz, D., Hara, S. and Shikazono, N.
  • 学会等名: SOFC XIV
  • 発表場所: Glasgow, UK
  • 年月日: 2015-07-27
  • 国際学会