| 研究課題/領域番号 |
21H01258
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
鹿園 直毅 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30345087)
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| 研究分担者 |
谷口 淳 東京理科大学, 先進工学部電子システム工学科, 教授 (40318225)
岡部 貴雄 東京大学, 生産技術研究所, 特任助教 (80649400)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2021年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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| キーワード | 燃料電池 / 電極 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
固体酸化物形セル（Solid oxide cell, 以下SOC）では，燃料極に用いられている金属ニッケル（Ni）が移動・凝集・粗大化することが課題となっている．しかしながら，この現象は熱工学，電気化学，材料科学といった複数の学術に跨る非常に複雑な現象であり，電気化学ポテンシャル勾配，ガス雰囲気，コンポジット化される酸化物の材料やその3次元的な凹凸形状等が及ぼす影響は明らかではない．本研究では，SOCの高温in-operando（実運転環境下）観察を実施することで，微細凹凸構造内のNi移動に対する電流密度，水蒸気分圧，電解質材料や凹凸等の影響を系統的に実験評価する．
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| 研究成果の概要 |
実際の多孔体電極構造を模擬したイットリア安定化ジルコニア（YSZ）電解質基板上にニッケルをパターン状にスパッタリングし，発電および電気分解状態におけるレーザー共焦
点顕微鏡画像を取得するオペランド実験を実施した．燃料電池運転，電気分解運転，およびリバーシブル運転等の運転条件の影響，および電解質基板の影響等がニッケルのダイナミックな形状変化に及ぼす影響について，レーザー顕微鏡画像，光学顕微鏡画像等を活用して観察，評価した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，多孔体を模擬した微細凹凸つきパターン電極のoperando実験を行い，固体酸化物形セル多孔体燃料極中のニッケルの移動現象における，分極の向き（発電か電解か），電流密度の大きさ，電解質材料，幾何学形状等の影響を系統的に実験評価した．実際の多孔体電極では得られない，ダイナミックな直接観察に成功しているのは当グループだけである．
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