| 研究概要 |
炭化水素ガスを燃料として直接利用する固体酸化物燃料電池では,電極上への炭素析出が問題となる.本研究では,析出した炭素の化学的形態と析出サイトの分布,及び,電気化学的燃焼過程について,顕微ラマン分光を用いてin-situ観察することを目的とした.昨年度は,雰囲気制御二室型試料加熱装置を試作し,これをラマン分光器に組み込んだ.本年度は,この装置を改良するとともに,いくつかの系について観察を行い,以下の結果を得た.
(1)開口路/通電条件下での炭素析出/燃焼の観察
イットリア安定化ジルコニア(YSZ)単結晶の研磨面上に,白金およびニッケルのモデル電極を作製し,購入した卓上型プローブ顕微鏡で,その表面形態を観察した.800℃で白金電極-YSZ試料にブタンを導入したところ,電極粒子表面に炭素の析出が観察された.ラマンスペクトルには不定形炭素特有のピークが見られた.この場合,YSZ面上には炭素は析出しなかった.ニッケル電極-YSZ試料では,メタンからも炭素が析出した.この場合には,グラファイト状炭素のみが見られた.炭素析出が進行する条件で電極に通電した系内に酸素を導入したが,炭素の燃焼は認められなかった.今回用いた電極では,三相界面から数μmほど離れた場所が観察できるが,この位置までは電気化学燃焼の効果が及ばないことがわかった.また,希釈酸素をガスラインに導入した場合には,炭素析出領域の端部から燃焼が進行することが観察された.これは,電極の露出面上に吸着した酸素によって燃焼が進行することを示唆している.
(2)ガス分析による電気化学燃焼機構の分析
ニッケルグリッド電極/YSZ電解質系にメタンを導入した場合の電気化学燃焼について,生成ガスを分析した.メタンの酸化反応は,水蒸気改質反応によって生じた水素の電気化学燃焼を介して進行することがわかった.炭素の燃焼過程も水蒸気を介する可能性がある.
|
