新規酸化物イオン伝導体を用いた新たな固体電解質型燃料電池の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750659
• 研究機関: 神奈川大学
• 研究代表者: 柿沼 克良 神奈川大学, 工学部・応用化学科, 助手 (60312089)
• キーワード: 酸化物イオン伝導体 / 固体電解質 / 燃料電池 / 熱膨張 / ペロブスカイト構造 / (Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>

研究概要

(1)安定化ジルコニアのイオン伝導度を超える新規酸化物イオン伝導体の創製
高温でペロブスカイト型構造を有するBa_2In_2O_5をベースとして、それにLa, Srを置換固溶することで安定化ジルコニアの酸化物イオン伝導度を超える(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>を創製した。これにより、固体電解質型燃料電池における低温作動化の可能性を開いた。
(2)イオン伝導の支配因子の解明
(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>に様々なイオンを置換固溶させそのイオン伝導度の変化を明らかにして、その伝導度が酸素量、単位格子自由空間、結晶対称性に依存することを明らかにした。
(3)新規酸化物イオン伝導体及び電極材料の熱膨張率測定及び界面での反応性の確認
(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>及び燃料電池のカソード材料侯補(La_<1-x>Sr_x)MO_<3-δ>(M=遷移金属)の熱膨張率を測定し、各熱膨張率は電気伝導度と密接に関連していることを発見すると共に、(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>のそれとほぼ近いカソード材料を特定した。更に、(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>とカソード候補材料との界面反応性について検討し1000℃までは互いに反応しないことを確認した。
(4)新規酸化物イオン伝導体を用いた固体電解質型燃料電池の作製及び発電試験
固体電解質に(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>カソードに上記の候補材料、アノードにNiを用いて固体電解質型燃料電池を作製し800℃における発電に成功した。最大電流密度2.5(A/cm^2)、最大電流密度0.54(W/cm^2)であり、この値は同様に実験した安定化ジルコニアの場合に比べ高いことが判明した。

研究成果

• [文献書誌] K.Kakinuma, H.Yamamura, H.Haneda, T.Atake: "Oxide-ion conductivity of the Perovskite-type solid-solution system, (Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)_2In_2O_<5+y>"Solid State Ionics. 154-155. 571-576 (2002)
• [文献書誌] K.Kakinuma, H.Yamamura, H.Haneda, T.Atake: "Oxide-ion conductivity of the oxygen deficient perovskite solid-solution system, (Ba_<0.5-x>Sr_xLa_<0.5>)_2(In_<1-y>M-y)_2O_<5.5>(M=Y or Ga)"Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 69. 897-904 (2002)
• [文献書誌] K.Kakinuma, K.Kanda, H.Yamamura: "The Relationship Between the Mean Dopant-ion Radii and Conductivity of Co-doped ZnO systems, Zn_<1-x-y>M_xM'_yO(M, M'=Al, In, Ga, Y)"J. Mater. Sci.. 38. 5-9 (2003)
• [文献書誌] H.Yamamura, H.Nishino, K.Kakinuma, K.Nomura: "Electrical conductivity anomaly around fluorite-pyrochlore phase boundary"Solid State Ionics. 158. 359-365 (2003)
• [文献書誌] H.Yamamura, E.Katoh, K.Kakinuma: "Electrical conductivity in Rare-earth Cation Co-doped Ceria Solid-Solution Systems"J. Ceram. Soc. Jpn.. 110[11]. 1021-1024 (2002)
• [文献書誌] H.Yamamura, K.Yamazaki, K.Kakinuma, K.Nomura: "The relationship between crystal structure and electrical conductivity in the LaY_<1-x>In_xO_3 (x=0.0-0.7) system"Solid State Ionics. 150. 255-261 (2002)