| 研究概要 |
本研究は固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料極において炭化水素燃料の水蒸気改質反応を進行させるいわゆる直接内部改質に注目しするものである. 燃料極に含まれるニッケルを触媒として直接内部改質を行うことで, システムの簡略化・低コスト化が可能となるが, 水蒸気改質は強い吸熱反応であるため熱管理には一層の注意が必要である. そこで直接内部改質の反応速度の正確な見積もりが必須だが, これまで報告されている反応速度式には大幅なばらつきがある. 本研究は, 電極微構造と改質反応の相関を実験的に明らかにすること, そして信頼性の高い反応速度式を得ることを目的とする、さらにこれを数値解析に組み込むことで, 直接内部改質を伴うSOFCにおける熱管理について基礎的知見を得る.
第二年度となるH25年度は, 前年度確立した方法によって, 改質実験に供する試料を系統的に作製した. 既存の反応実験装置を本研究に合致するように改良し, 改質実験を行った. 加湿メタンを燃料とし, テストセクション部を電気炉で所定の高温に保ちつつ, 燃料の供給流量, スチームカーボン比を変更して反応後のガスの成分を分析した. また, 改質実験後の試料の微構造を集束イオンビームを備えた電子顕微鏡で観察し, その3次元微構造データを取得した. 得られた微構造データから各層の体積分率, 連結性, 屈曲度ファクタ, 比表面積, 接触面積密度等の微構造パラメータを定量化することにより, 改質反応の活性と相関の高い微構造パラメータを明らかにした, 得られた微構造データと改質反応実験の結果から, 多孔質中のニッケル表面積あたりの反応速度式の導出を行った.
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