研究課題
プロトン伝導体を電解質とした電気化学デバイスにおいて水蒸気分圧勾配、電解質組成勾配の効果を調べるために水蒸気電解セル及び異なる２つのプロトン伝導体を貼り合わせた電解質を用いた燃料電池の発電特性を調べた。水蒸気電解セルの電解質にはBaCe0.6Zr0.2Y0.2O3-δ、電極にはPtを用いてH2O-H2雰囲気、H2O-O2雰囲気にて電解を行い、生成する水素量をガスクロマトグラフィーにて調べた。その結果、H2O-H2ではファラデーの法則に従った水素生成量を確認した。一方でH2O-O2では低電流密度において電解質をプロトンが逆流していることがわかった。これはO2雰囲気において正孔電流が流れており、電解質内部で正孔電流とプロトン電流が釣り合いを保ち逆流が生じたと考えられる。高電流密度では水素が生成することが分かったが正孔伝導によって非常に高い電圧を印加しなければ水素が生成しないことが分かった。プロトン伝導体であるCaZr0.95Y0.05O3-δ（CZY）20μmもしくはSrZr0.9Y0.1O3-δ(SZY)20μmとBaCe0.8Y0.2O3-δ(BCY)0.5mmを貼り合わせた電解質を作製し、燃料電池特性を調べた。高いプロトン輸率（プロトン伝導度の割合）を有したCZYを積層したBCYの開回路電圧OCVは1.05VとBCY単体よりも数十mV低い値であることが明らかになった。OCVの低下はプロトン輸率の低下を示唆しており、高いプロトン輸率のCZYを貼り合わせても輸率が増加しないことが分かった。SZY/BCYでOCVは1.11VとCZY/BCYよりも高い値を示した。燃料電池の出力に関してはCZY/BCYとSZY/BCYで大きな違いは見られなかった。本研究より積層したプロトン伝導体によりプロトン輸率に影響があり、組成勾配によりプロトン輸率が改善する可能性があることが明らかになった。
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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