| 研究課題/領域番号 |
22K04693
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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26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 新居浜工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
中山 享 新居浜工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (50300637)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | アパタイト酸化物イオン伝導体 / 固体酸化物型燃料電池 / 高配向性技術 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
SOFC電解質にアパタイト型ランタンシリケートを用いて電極／電解質接合体で期待される発電出力が得られない場合が多い。理由は、電極／電解質接合体の界面抵抗が比較的大きく、そのIR損が無視できないためである。解決策として、電解質の電極接合面の表面粗さを極限まで小さくすること、電極接合面が高い酸化物イオン伝導を示す方向に高精度で結晶配向制御されたc軸配向性の高い電解質を作製することを目標とする。これらにより、電極／電解質接合体の界面抵抗が飛躍的に低減でき、十分な機械的強度が確保できる電解質厚み0.3mmの電解質支持型SOFC単セルにおいて500℃以下で最大発電出力1W・cm-2の最終目的を到達する。
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| 研究実績の概要 |
５００℃での導電率が０．０１３Ｓ・ｃｍ－１を示す無配向ランタンシリケートセラミックスおよび５００℃での導電率が０．０３３Ｓ・ｃｍ－１を示すｃ軸配向ランタンシリケートセラミックスを電解質材料に用いた。電極（拡散層）接合面のランタンシリケートセラミックス電解質の表面粗さＲａとＳＯＦＣ最高発電出力の関係を調べた。
無配向セラミックスおよびｃ軸配向セラミックス共に電解質の厚みは、１ｍｍとした。電解質／電極の緩衝層は、スピンコーターにより塗布・焼付で設けた（ＣｅＯ２）０．８（Ｓｍ２Ｏ３）０．２膜を設けた。カソードおよびアノード電極共に、ＤＣスパッタを用いて成膜しＰｔ膜を設けた。電極（拡散層）接合面の電解質の表面粗さは、前年度のＲａ３．２およびＲａ０．８からＲａ０．４に変更した。３％－Ｈ２（Ａｒバランス）とＡｉｒを用いて、５００℃での電解質支持型ＳＯＦＣ単セルの発電最高出力を測定した。
無配向セラミックスを電解質に用いた場合、電解質の表面粗さＲａ０．４の場合は５００℃での発電最高出力は１０ｍＷ・ｃｍ－２であった（Ｒａ０．８の場合８ｍＷ・ｃｍ－２、Ｒａ３．２の場合５ｍＷ・ｃｍ－２）。一方、ｃ軸配向セラミックスを電解質に用いた場合、電解質の表面粗さＲａ０．４の場合は５００℃での発電最高出力は８０ｍＷ・ｃｍ－２であった（Ｒａ０．８の場合７０ｍＷ・ｃｍ－２、Ｒａ３．０の場合５０ｍＷ・ｃｍ－２）。電解質の表面粗さＲａが小さいと発電最高出力が高くなる予想どおりの結果である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
電解質の厚み加工において割れが多数発生することから、令和５年度の計画であった電解質の厚み０．３ｍｍの評価ができなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和６年度は、発電最高出力が最も高い値が得られた電解質の表面粗さＲａ０．４以下にて、最終目標の電解質厚みを０．３ｍｍから薄くした場合の５００ ℃での電解質支持型ＳＯＦＣ単セルの発電最高出力測定を実施する。
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