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反応性添加物を用いたSOFC空気極のガラス質不純物への耐性の向上に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26820297
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 無機材料・物性
研究機関九州大学

研究代表者

BISHOP Sean  九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 助教 (30618822)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2014年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2014年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードSolid oxide fuel cell / electrode / impurity / durability
研究実績の概要

Fast oxygen exchange kinetics, a key figure of merit in solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes, is often dramatically hindered by the presence of even small concentrations of impurities. Si, for example, is common in ceramics processing. It was found that rapid degradation of oxygen exchange kinetics occurred on dense thin films of Pr0.1Ce0.9O2-d (PCO), a mixed ionic electronic conducting electrode for SOFCs. A new optical transmission relaxation (OTR) technique was developed to aid in measuring kinetics on the bare film surfaces. A key advantage of this technique is that it does not require current collectors typical of conventional measurements. Si was identified by TEM and XPS as a significant surface impurity, which forms a blocking layer on the electrode surface. Deposition of a La oxide film was found to result in full recovery of oxygen exchange kinetics on the measured sample. La and Si oxides were found to interact with each other as identified by a shift in the O1s XPS peak and a systematic OTR study of films that likely react with Si (e.g. La, Sm oxides) and those that do not (e.g. Nb, Ti, Zn oxides). These results indicate that La may "clean" the surface of the SOFC electrode, thereby dramatically improving oxygen transport kinetics. Preliminary measurements of OTR on a La-PCO solid solution indicates improved long-term electrode kinetics stability, demonstrating the commercial potential of this method to achieve Si impurity tolerance.

報告書

(1件)
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Greatly improved Si impurity tolerance of SOFC electrodes identified through in situ optical transmission relaxation (OTR)2014

    • 著者名/発表者名
      Liang Zhao, Nicola H. Perry, Takeshi Daio, Kazunari Sasaki, Sean R. Bishop
    • 雑誌名

      Advanced Energy Materials (Submitted)

      巻: N/A

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Oxygen exchange kinetics on Pr-CeO2 cathode material measured by optical transmission relaxation (OTR)2014

    • 著者名/発表者名
      L. Zhao, N. H. Perry, T. Daio, K. Sasaki, S. R. Bishop
    • 学会等名
      IUMRS-ICA
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Oxygen exchange kinetics of thin films studied by optical transmission relaxation: correlation with surface composition and microstructure2014

    • 著者名/発表者名
      S. R. Bishop, L. Zhao, T. Daio, N. H. Perry, and K. Sasaki
    • 学会等名
      Microscopy and Microanalysis 2014 Meeting
    • 発表場所
      Hartford, CT, USA
    • 年月日
      2014-08-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Oxygen exchange kinetics on Pr-CeO2 cathode material measured by optical transmission relaxation (OTR)2014

    • 著者名/発表者名
      L. Zhao, N. H. Perry, T. Daio, K. Sasaki, S. R. Bishop
    • 学会等名
      Gordon Research Conference
    • 発表場所
      Mt. Holyoke College, MA, USA
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Oxygen exchange kinetics of thin films studied by optical absorption relaxation2014

    • 著者名/発表者名
      S. R. Bishop, L. Zhao, N. H. Perry, and K. Sasaki
    • 学会等名
      Materials Research Society (MRS) 2014
    • 発表場所
      San Francisco, CA, USA
    • 年月日
      2014-04-21 – 2014-04-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] Bishop Research Group

    • URL

      http://i2cner.kyushu-u.ac.jp/~bishop/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-04-04   更新日: 2016-06-01  

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