研究課題
基盤研究(B)
安定かジルコニアなどの固体電解質を用いる高音水蒸気電解(SOEC)では、カソードで水蒸気から水素を発生させ、生じた酸化物イオンが電解質中を移動してアノードで酸素を発生させる。一段階で高純度は水素が得られるという水電解法の特徴に加え、高音では、熱力学的および反応速度論的に有利になり、貴金属電極を用いなくても低い電解電圧で水素製造が可能になる。本研究では、その効率向上の最重要課題である高性能電極を開発し、低温で作動可能なSOEC実現に貢献することを目的とする。17,18年度に、以下の研究成果を得た。1.電子-イオン混合伝導性(CeO_2)_<0.8>(SmO^<1.5>)_<0.2>[SDC]にNi触媒を高分散担持すると、水素発生カソードとして極めて高い性能を示すことを見出した。700〜900℃では、Ni担持量が17vol%で印加電圧が最も低くなった。このような少量のNi触媒で高性能に運転できる作用機構を明らかにできた。2.上記のセルに従来のイットリア安定化ジルコニアよりもイオン導電率の高いスカンジア安定化ジルコニアを用いると、オーム損の低減を加え、カソードの過電圧が低減できることを初めて見出した。この現象は、SOFCの各種電極について先に我々が見出したものと同様の作用機構で起こるものと考えられ、高性能なSOEC実現のための重要な設計指針を見出すことができた。3.Ni-SDC二重層構造電極を提案し、設計概念どおりの電極を作製できた。二重層構造にすることで電極触媒活性と電子導電性を高く保つことができた。Ni溶液を加圧含浸した二重層構造電極(Ni 10vol.%)のSOECカソード特性は昨年度に開発した17 vol.%Ni-SDC単層電極とほとんど同じ性能を示し、少量の触媒を有効に機能させることができた。4.La_<0.6>Sr_<0.4>Co_<0.2>Fe_<0.8>O_3(LSCF)/(LSCF+SDC)二重層構造電極を提案し、概念どおりの電極を作製できた。(LSCF+SDC)触媒層のSDC添加量の検討を行い、40vol.% SDCで最も高い性能を示すことを見出した。二重層にすることで単層よりもSOECアノードの性能は顕著に向上した。
すべて 2006 2005
すべて 雑誌論文 (10件)
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