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特異構造セラミックスを用いた低温作動空気極支持型セルの作製

研究課題

研究課題/領域番号 15K17442
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 ナノ材料化学
研究機関大阪大学

研究代表者

山本 和広  大阪大学, 接合科学研究所, 研究員 (10637937)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2015年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード固体酸化物形燃料電池 / 空気極 / 電解質 / 電気泳動 / 薄膜 / 焼結
研究実績の概要

次世代発電装置として期待されている固体酸化物形燃料電池(SOFC)の作動温度600℃以下での発電性能を改善するため、低温焼結プロセスを用いて反応性の高いナノ構造を有する空気極支持型セルの開発を行った。
まず支持体となるLSCF空気極微粉末を、共沈法によって合成し、ボールミル粉砕、仮焼きを経てディスク状にプレス成形した。530℃焼成することで部分的にLSCFを結晶化させ電気伝導性を持たせた。この易焼結性のLSCF空気極支持体上に、特異的に反応性の高いGDCナノキューブを電気泳動法によって集積した。このGDCナノキューブ薄膜は膜厚2μmと非常にち密な薄膜であることをSEM観察によって確認した。易焼結性のLSCF支持体とともに、このGDCナノキューブ薄膜を1000℃で低温焼結することで、膜厚1μmのGDC薄膜電解質を作製することに成功した。一方、LSCF支持体成形時に粉末試料を用いているために、LSCF空気極支持体表面は数~十数μmサイズの粒界があり、その粒界由来のクッラクが生じていた。このクラックを除去するため、LSCF分散液をスピンコートしLSCF支持体表面の穴埋め、平滑化するLSCF緩衝層を作製した。このLSCF分散液は、空気極支持体作製に使用したLSCF微粉末をポリアクリル酸アンモニウム系分散剤、カーボンブラック造孔剤とともにボールミルすることで調製した。このLSCF緩衝層はセル作製時は緩衝層ととして機能するが、共焼結後は造孔剤の燃焼除去によって多孔質の反応層となる。このLSCF緩衝層によってGDC電解質薄膜のクラックは飛躍的に減少したが、H2、O2ガスを完全に分離することはできなかった。これは電気泳動に用いたGDCナノキューブ分散液中のGDCナノキューブの粗大なニ次粒子を除去することで改善すると期待される。

報告書

(1件)
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] In situ fabrication of high-performance Ni–GDC-nanocube core–shell anode for low-temperature solid-oxide fuel cells2015

    • 著者名/発表者名
      K. Yamamoto, N. Qiu, S. Ohara
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 号: 1

    • DOI

      10.1038/srep17433

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 低温作動用高機能Ni-GDCナノキューブコア-シェル燃料極のその場作製2015

    • 著者名/発表者名
      山本和広, 裘南, 大原智
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会平成27年度秋季大会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2015-11-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] In situ fabrication of high-performance Ni–GDC-nanocube core–shell anode for low-temperature solid-oxide fuel cells2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Yamamoto, Nan Qiu, Satoshi Ohara
    • 学会等名
      The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-9)
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液相還元法によるNi-GDCナノキューブ燃料極の作製と発電性能評価2015

    • 著者名/発表者名
      山本和広、裘南、大原智
    • 学会等名
      スマートプロセス学会2015年春季総合学術講演会
    • 発表場所
      大阪大学荒田記念館
    • 年月日
      2015-05-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2017-01-06  

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