研究課題/領域番号 |
20J11541
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研究種目 |
特別研究員奨励費
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配分区分 | 補助金 |
応募区分 | 国内 |
審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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研究機関 | 筑波大学 |
研究代表者 |
三井 雅史 筑波大学, システム情報工学研究科(系), 特別研究員(DC2)
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研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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研究課題ステータス |
採択後辞退 (2022年度)
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配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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キーワード | 絶縁破壊 / アルミナ / 高温 / 水素 / 材料変性 / 固体酸化物形燃料電池 |
研究開始時の研究の概要 |
大容量固体酸化物形燃料電池の実現に向けて,無機材料における高電圧絶縁現象を解明することを本研究の目標とする。具体的には絶縁破壊を誘起する空間電荷蓄積現象の調査を行う。既存のパルス静電応力(PEA)法では無機材料では不可解な電荷分布が得られるため,数値シミュレーションによって原因の解明を行う。現在300℃程度までの装置が開発されているが,本研究の対象とする600℃超での測定装置は実用化されていない。そこで従来のPEA法とは異なる手法を用いた測定装置開発を試みる。
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研究実績の概要 |
高温で動作する固体酸化物形燃料電池の電気絶縁部は燃料である水素等や酸化剤である空気に接する。そのため、両ガス雰囲気下で絶縁材料に高電圧が印加された際の絶縁現象を明らかにする必要がある。本研究では、動作電圧の最大値を決めるための沿面距離と破壊電圧の関係、そして一定期間の信頼性を維持するための耐久性試験を行うこととした。 絶縁体沿面における破壊機構を明らかにするために,高温の水素中で酸化アルミニウム(以下,アルミナとする)の破壊電圧の沿面距離依存性を調査した。沿面距離の延長に伴って、破壊電圧が増加・減少することがわかった。先行研究における空気雰囲気下でも同様の傾向が確認でき、少なくとも空気と水素中ではガス種に寄らず破壊機構が同じであることが示唆された。また、破壊機構の遷移にガスの電離が関連している可能性が示された。 次に一定期間の絶縁信頼性を確認するために、高温環境下で無機絶縁材料であるアルミナに対し、電流を増加させながらエージングを行った。その結果、水素中のほうが大きい電流を流しても絶縁性を維持できることがわかった。一方で、空気中では電流を増加させた際にジュール発熱に伴う膨張によってアルミナ試料が稀に破損してしまうことがわかった。昨年度、エージングによって水素中では部分的にアルミナの還元が生じている可能性が示されたが、印加電圧・電流ともに今回の空気中より大きい値であった。このことから、実際の燃料電池絶縁部に印加できる電圧・電流ともに空気中の絶縁性能に束縛される可能性が示された。
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現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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