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多孔質および緻密質セラミックスから成る機能性界面における破壊現象の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K22404
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
研究機関岐阜工業高等専門学校

研究代表者

熊田 圭悟  岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (40881652)

研究期間 (年度) 2020-09-11 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード界面 / 靭性 / 固体酸化物燃料電池 / 界面破壊靭性値 / SOFC / 界面破壊靭性
研究開始時の研究の概要

固体酸化物燃料電池はイオン伝導性のある緻密質セラミックスを電解質として、その両面に導電性および触媒機能を持つ多孔質セラミックスを電極として積層して構成される。この多孔質/緻密質セラミックス界面における破壊現象を明らかにすることは、機械的耐久性・信頼性の確保につながる。
本研究では、燃料極還元処理の界面破壊特性へ及ぼす影響を明らかにし、界面破壊特性の劣化を抑制した高靭性SOFCの開発を目指す。

研究成果の概要

本研究では固体酸化物燃料電池(SOFC)を対象として,燃料極材料である多孔質NiO-8YSZを電解質材料である緻密質3YSZによりサンドイッチした全セラミックス型4点曲げ試験片を作製し,室温における燃料極/電解質間の界面破壊靭性値を評価した.ばらつきを把握するためワイブルプロットを作成した結果,3YSZまたはNiO-8YSZ単体材料と比較してワイブル係数は小さく,界面破壊靭性値のばらつきは大きいことが分かった.さらに,試験片を還元処理し燃料極材料をNi-8YSZとした結果,界面破壊靭性値は低下する傾向にあることが分かった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

SOFCの研究・開発では,構造・熱・流体・電気化学などを連成した高度なシミュレーションにより,セル内部応力の推定が行われている.これに対し,本研究により得られた界面破壊靭性値は界面はく離が発生するか判断するための基礎的なデータとして活用することが期待される.

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (2件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of pinholes in electrolyte on re‐oxidation tolerance of anode‐supported solid oxide fuel cells2021

    • 著者名/発表者名
      Keigo Kumada, Kazuhisa Sato, Tatsuya Kawada, Hirofumi Sumi, Hiroyuki Shimada, Toshiyuki Hashida
    • 雑誌名

      Fuel Cells

      巻: 21 号: 4 ページ: 398-407

    • DOI

      10.1002/fuce.202000062

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 高温模擬作動環境下における SOFC構成材料間の界面破壊特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      熊田圭悟, NAJMAN HELMI BIN JAAFAR, 佐藤一永, 橋田俊之
    • 学会等名
      第29回SOFC研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-09-29   更新日: 2025-01-30  

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