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セル面メゾ構造制御による固体酸化物形燃料電池の発電密度向上

研究課題

研究課題/領域番号 18760147
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 熱工学
研究機関京都大学

研究代表者

岩井 裕  京都大学, 工学研究科, 准教授 (00314229)

研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2007年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2006年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
キーワード熱工学 / エネルギー変換 / 固体酸化物形燃料電池 / 発電密度向上 / メゾ構造制御 / 熱管理 / 実験 / 数値解析
研究概要

高温型燃料電池のひとつである固体酸化物形燃料電池において,電極微細構造よりは大きくかつセル構造の代表寸法より小さいスケール(メゾスケール)でセル表面に凹凸部を設け,その形状を制御することで発電面を高密度化し電池性能を向上させることを提案し,メゾ凹凸構造の影響を実験的に明らかにするとともに,解析的にその効果の裏づけを示すこと,また系統的な数値解析を行うことで有効なメゾ構造についての指標を得ることを目的として研究を行った.具体的には,メゾ凹凸構造をもつセルを自作し単セルに対する発電実験を行い,セルの特性をi-V測定やインピーダンス計測により評価し,得られた結果を凹凸のない通常のセルの実験結果と比較することで,セル面のメゾ構造を制御することの効果を明らかにした.セルの個体差に起因する性能差を,メゾ構造による性能差と区分するため,分割電極を用いる評価方法を独自に開発し適用した.その結果,電解質への溝加工により電極-電解質界面面積を約60%増加させた場合に,溝加工を施さない通常セルに比して20〜30%の出力の向上が得られることを確認した.また,メゾ凹凸構造をもつセルについて,イオン伝導,電子伝導,多孔質電極内のガス拡散,電気化学反応等を考慮に入れてモデル化し,2次元数値解析を行うことにより,単セル性能に及ぼす上記メゾ凹凸構造の影響を検討した.その結果,多孔質電極で進行する電気化学反応は電極に一様に分布しているわけではなく,電極-電解質界面極近傍で集中的に生じており,上記メゾ凹凸構造の導入で見かけの電流密度が増加することはこれに因っていることが明らかとなった.

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Power Generation Experiment Of Single Planar SOFC With Segmented Electrodes2007

    • 著者名/発表者名
      H. Iwai, R. Yasutomi, Y. Okumura, M. Saito, H. Yoshida, K. Kodani, K. Yoshikata
    • 雑誌名

      ECS Transactions Vo1.7-1

      ページ: 719-725

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Modeling Of SOFC Based On Mixed Conductive Electrolyte2006

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Iwai, Tatsuo Ishikawa, Hideo Yoshida
    • 雑誌名

      Proc.of Fourth International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology FUELCELL2006-97200

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Distributed Energy Generation, Fuel Cell and Its Hybrid Systems2006

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Suzuki, Hideo Yoshida, Hiroshi Iwai
    • 雑誌名

      Proceedings of Advances in New and Sustainable Energy Conversion Technologies

      ページ: 99-113

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Power generation experiment of a planar SOFC unit cell with segmented electrodes2006

    • 著者名/発表者名
      H.Iwai, R.Yasutomi, Y.Okumura, M.Saito, H.Yoshida, K.Kodani, K.Yoshikata
    • 雑誌名

      Prof.of The Sixth Kyoto - Seoul National - Tsinghua University Thermal Engineering Conference

      ページ: 43-46

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] Effects of Mesoscale Structure of Anode Electrode on SOFC Performance2007

    • 著者名/発表者名
      H. Iwai, K. Inuyama, A. Kuroyanagi, H. Yoshida, K. Kodani, K. Yoshikata
    • 学会等名
      18th International Symposium on Transport Phenomena
    • 発表場所
      Daejeon, KOREA
    • 年月日
      2007-08-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2006-04-01   更新日: 2016-04-21  

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