| 研究課題/領域番号 |
16K06781
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| 研究機関 | 東京都立産業技術高等専門学校 |
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研究代表者 |
吉田 健一 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (60252201)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 固体酸化物燃料電池 / グリーンシート / 燃料極基板 / メタン直接酸化 / レーザー蒸着 / 空気極材料 / 新物質探索 |
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| 研究実績の概要 |
これまで本研究グループでは、プレス成型法によりNi+YSZ燃料極基板の開発に成功していたが、基板を１つずつ手作業で混合、成型、プレスしなければならず、空気極の新物質探索に必須となる、基板の大量供給が困難であった。そこで本研究ではまず、大量供給が可能となる、燃料極支持の燃料極＋電解質の一体型基板の開発に取り組んだ。具体的には、燃料極基板の量産が可能となる、基板材料をシート状にしたグリーンシートの開発に取り組んだ。その結果、原材料粉末と可塑剤、分散剤、バインダー、有機溶剤の最適配合比を決定した。次に、グリーンシートを高温焼結すると湾曲したため、この改善に取り組んだ。その結果、焼結プロセスを最適化することで、基板を量産する体制を整えた。最終的には、開発した基板を用いた、燃料極・電解質一体型基板の量産が可能となった。この基板は、従来から作製していたプレス成型法で作製したものと同等性能だが、生産工程は大幅に簡略化することができた。
次に開発した燃料極＋電解質一体型基板を用いて、連携研究者である長岡技科大学と共同で、これらの基板を用いた、メタンを燃料としたメタン直接酸化型の固体酸化物燃料電池の開発に取り組んだ。その結果、メタンを燃料とした場合と、水素を燃料とした場合で、同等な性能を持つセルの作製に成功した。しかしながら、これらの出力密度は数百mW/cm2レベルと低かったため、今後はこの性能向上を目指す。
最後に連携研究者である、大阪府立大学と共同で、開発した基板を用いた高性能セルの開発に取り組んだ、その結果、従来から開発に成功していた、Ni+YSZ/YSZ/GDC/LSCFの組み合わせのセルに加え、Ni+ScCZ/ScCZ/GDC/LSCFのセル構成の電池をレーザー蒸着法で作製し、電池の高性能化を目指した。この結果、電池の作製には成功したが、高出力化が課題となった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
固体酸化物燃料電池の材料探索に必須となる、燃料極基板のグリーンシートの開発に成功したため。この成果により、平成29年度以降は、従来は問題となっていた基板の供給不足の心配を払しょくし、新物質探索に取り組むことができるようになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、まずは開発した燃料極グリーンシートを用いて、燃料極支持型の燃料極＋電解質の一体型基板を安定供給できる体制を整える。次に、連携研究者である長岡技術科学大学へ、メタン直接酸化型の固体酸化物燃料電池の供給を行い、電池性能の向上を目指す。また、連携研究者である大阪府立大学にも燃料極基板を供給し、薄膜電解質をレーザー蒸着法で作製することで、高出力な固体酸化物燃料電池の開発を目指す。最後に、開発した燃料極＋電解質の一体型基板と、BSLCなどの新規の空気極材料を組み合わせることで、高出力電池の開発を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成28年度当初の研究計画では、粉末粉砕用の傾斜型ボールミルを購入予定だったが、その後の研究努力の結果、既存の実験機器で購入予定物品の代替が可能となった。さらに平成28年度は、連携研究者である長岡技術科学大学と共同で外部資金を獲得したため、平成28年度の主な研究資金は、こちらから捻出することができた。しがたって、平成28年度予算は、平成29年度に全額繰り越すこととなった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成29年度以降は、レーザー蒸着法により高性能電池を作製するため、繰り越した予算をレーザーの結晶などの物品購入に充てる予定である。
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