| 研究課題/領域番号 |
19K05040
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
橋本 真一 中部大学, 工学部, 教授 (60598473)
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| 研究分担者 |
波岡 知昭 中部大学, 工学部, 教授 (90376955)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 空気極 / 電極活性 / コンポジット電極 / 固体酸化物形燃料電池 / プロトン導電体 / 酸素イオン導電体 / 低温作動化 / ニッケル酸ランタン / プロトン導電性酸化物 / PEFC / SOFC / SOFC用空気極 / 異常原子価 / 低温作動SOFC / 界面導電率 / コンポジット / LaNiO3 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
LaNiO3系酸化物において、異常原子価Ni3+濃度と電極性能に強い相関があり、酸素の表面拡散が高速であることが、見出されている。そこで本研究では、LaNiO3系酸化物の有する表面活性を生かすため、微細な電解質材料とのコンポジット構造によって、三相界面長を増大させるアプローチにより、873K以下でも高性能な、新規反応機構を有する空気極の創製を行う。また、酸素イオン導電体上の酸素還元反応のみならず、プロトン導電性電解質上での酸素還元反応においても、過電圧低減に寄与できるかを検討し、高性能電極の設計の新しい電極設計指針の確立を目指す。
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| 研究成果の概要 |
低温作動型固体酸化物形燃料電池用空気極として、イオン導電しないLaNiO3の表面活性を生かした電解質とのコンポジット構造電極を検討した。その結果、LaNiO3-GDCコンポジット電極は823K以下の温度領域では、高性能電極として知られるLSCよりも高い界面導電率を示した。
また、プロトン導電性電解質であるSrCe0.95Yb0.05O3-d上のLaNiO3空気極の電気化学的特性を検討したところ、加湿空気中において、GDC上のLaNiO3空気極よりも高い界面導電率が得られた。コンポジット化による界面導電率を試算したところ、823Kにおいて、18 Scm-2以上の高い値が得られた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
現在、ほぼ全ての高性能空気極の開発は、電子-イオン混合導電体が前提として検討されているが、本研究では、イオン導電しないLaNiO3と電解質とのコンポジットの電極構造により、それらを上回る可能性があることを示した。さらに、LaNiO3が酸素イオン導電性電解質のみならず、プロトン導電性電解質上でも、同等以上の高い電極活性を示すことが分かった。
近年、効率の観点から、プロトン導電性電解質を用いた固体酸化物形燃料電池の開発が盛んに行われているが、空気極の性能が大きな課題の一つになっている。本研究の成果は、従来とは異なる設計指針により、それをブレイクスルーできる可能性を示唆している。
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