固体酸化物形燃料電池の燃料極の微細構造制御

• 研究課題/領域番号: 24686019
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 生産工学・加工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長藤 圭介 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50546231)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 26,910千円 (直接経費: 20,700千円、間接経費: 6,210千円); 2013年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円); 2012年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
• キーワード: ナノ・マイクロ加工 / 固体酸化物 / 燃料電池 / 燃料極 / 微細構造 / 配列

研究概要

固体酸化物形燃料電池（SOFC）の燃料極は，各物質がランダムに配置されており，物質輸送や界面反応は最適化されていない．本研究では，燃料極内のYSZ，Ni，空隙を厚さ方向に配列して，それぞれ酸化物イオン，電子，ガスが効率よく輸送される構造を目指した．Ni粒子を磁場で配列し，従来に比べて最大パワー密度を1.6倍に向上した．またFIB-SEMを用いて燃料極微細構造を三次元構築，電気化学計算を行い，YSZの屈曲度を従来の7から3程度に改善したことを確認した．また，Zr基板の表面にAlを成膜，陽極酸化を用いて貫通ナノホールを作製，それを鋳型に用いて再陽極酸化することでジルコニアピラーを作製した．

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication of highly ordered Ta_2O_5 and Ta_3N_5 nanorod arrays by nanoimprinting and through-mask anodization (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Li, K. Nagato, J.-J. Delaunay, J. Kubota, and K. Domen
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: Vol.25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of highly ordered Ta2O5 and Ta3N5 nanorod arrays by nanoimprinting and through-mask anodization (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Li, K. Nagato, J.-J. Delaunay, J. Kubota, and K. Domen
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 25
  • 査読あり
• [雑誌論文] SOFC Anode Fabricated by Magnetically Aligning of Ni Particles (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Nagato, Naoki Shikazono, André Weber, Dino Klotz, Masayuki Nakao, and Ellen Ivers-Tiffée
  • 雑誌名: ECS Transasctions 巻: Vol.57 ページ: 1307-1311
  • 査読あり
• [雑誌論文] SOFC Anode Fabricated by Magnetically Aligning of Ni Particles (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Nagato, Naoki Shikazono, Andre Weber, Dino Klotz, Masayuki Nakao, and Ellen Ivers-Tiffee
  • 雑誌名: ECS Transasctions 巻: 57 ページ: 1307-1311
  • 査読あり
• [雑誌論文] Morphology control of nickel oxide nanowires (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sekiya, K. Nagato, T. Hamaguchi, M. Nakao
  • 雑誌名: Microelectronic Engineering 巻: 98 ページ: 532-535
  • DOI: 10.1016/j.mee.2012.07.049
  • 査読あり
• [学会発表] 数値解析を用いたNi・YSZ柱状配向構造を有するSOFC燃料極微細構造設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩崎志貢,長藤圭介,品川俊太,西橋健,鹿園直毅,中尾政之
  • 学会等名: 2014年度精密工学会春季大会学術講演会
  • 発表場所: 東京大学,東京
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] 数値解析を用いたNi・YSZ柱状配向構造を有するSOFC燃料極微細構造設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩崎志貢，長藤圭介，品川俊太，西橋健，鹿園直毅，中尾政之
  • 学会等名: 2014年度精密工学会春季大会学術講演会
  • 発表場所: 東京大学，東京
• [学会発表] Orientation-controlled microfabrication of anode of solid oxide fuel cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Shunta Shinagawa, Keisuke Nagato, Naoki Shikazono, Tetsuya Hamaguchi, Masayuki Nakao
  • 学会等名: American Society for Precision Engineering (ASPE) Annual Meeting
  • 発表場所: St. Paul, Minnesota, USA
  • 年月日: 2013-10-22
• [学会発表] Niが配列した構造を有するSOFC燃料極の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 品川俊太,長藤圭介,鹿園直毅,濱口哲也,中尾政之
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山大学,岡山
  • 年月日: 2013-09-09
• [学会発表] Niが配列した構造を有するSOFC燃料極の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 品川俊太，長藤圭介，鹿園直毅，濱口哲也，中尾政之
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山大学，岡山
• [学会発表] Enhancement of power efficiency of solid oxide fuel cells by aligning microstructure path of ion/electron/gas in anode (2012)
  • 著者名/発表者名: Shunta Shinagawa, Keisuke Nagato, Naoki Shikazono, Tetsuya Hamaguchi, Masayuki Nakao
  • 学会等名: American Society for Precision Engineering (ASPE) Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] Orienattion control of anisotropic particle by shear force (2012)
  • 著者名/発表者名: Shota Ikeshima, Keisuke Nagato, Tetsuya Hamaguchi, Masayuki Nakao
  • 学会等名: American Society for Precision Engineering (ASPE) Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] Micromixer of multi-material slurry with rotation-split-combination cycle for ceramic components (2012)
  • 著者名/発表者名: Takuma Yamauchi, Keisuke Nagato, Shota Ikeshima, Tetsuya Hamaguchi, Masayuki Nakao
  • 学会等名: American Society for Precision Engineering (ASPE) Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] Enhancement of power efficiency of solid oxide fuel cells by aligninh microstructure path of ion/electron/gas in anode (2012)
  • 著者名/発表者名: Shunta Shinagawa, Keisuke Nagato, Naoki Shikazono, Tetsuya Hanaguchi, Masayuki Nakao
  • 学会等名: American Society for Precision Engineering (ASPE) Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] SOFC燃料極内におけるNiとYSZの配列制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 品川俊太,長藤圭介,鹿園直毅,関谷要,尺田将喜,濱口哲也,中尾政之
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学,石川
  • 年月日: 2012-09-10
• [学会発表] SOFC燃料極内におけるNiとYSZの配列制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 品川俊太, 長藤圭介, 鹿園直毅, 関谷要, 尺田将喜, 濱口哲也, 中尾政之
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2012-09-10
• [学会発表] Roller Replication of Nano/Microstructures of Polymers, Glasses, Metals, and Ceramics (2012)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Nagato, Daisuke Suehiro, Toshimi Sato, Shota Ikeshima, Yasuaki Watanabe, Masayuki Nakao
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Nanomanufacturing
  • 発表場所: 理化学研究所, 日本
  • 年月日: 2012-07-26
• [備考]
  • URL: http://www.hnl.t.u-tokyo.ac.jp/