低温動作型SOFCの開発を目指したセル薄膜化とその設計法に関する研究

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18360053
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 橋田 俊之 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40180814)
• 研究分担者: 水崎 純一郎 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90092345) ; 湯上 浩雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60192803) ; 川田 達也 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 教授 (10271983) ; 佐藤 一永 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (50422077)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: 材料設計 / プロセス / 物性 / 評価

研究概要

固体酸化物燃料電池(SOFC)の機械的信頼性を向上させることを目的として, スプレー法を用いた電解質の簡易な薄膜化法を開発するとともに, SOFC機器要素の小型パンチ試験法を用いた弾性率や破壊強度などの機械的特性評価法, ならびにAE法を併用したSOFC単セルの信頼性評価法の開発を行い, これらの知見を総合することにより, 比較的低温で高いイオン導電性を示すガドリニアを添加したセリア系セラミックスを電解質とするSOFCを対象として電解質薄膜の厚みを最適にする方法を提案した.

研究成果

• [雑誌論文] 固体酸化物燃料電池の損傷に及ぼす化学膨張の影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一永, 八代圭司, 橋田俊之, 川田達也, 湯上浩雄, 水崎純一郎
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(A編) Vol.74,No.737 ページ: 68-74
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Chemically-induced Expansion on Damage of Solid Oxide Fuel Cell (2008)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Kenji Yashiro, Toshiyuki Hashida, Tatsuya Kawada, Hiroo Yugami and Junichiro Mizusaki
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers Vol.74,No.737 ページ: 68-74
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Nanometer NiO-Ce_<0.8>Sm_<0.2>O_<1.9> Composite Nanopowders for Solid Oxide Fuel Cells (2008)
  • 著者名/発表者名: Changsheng DING, H. Lin, Kazuhisa SATO, Toshiyuki HASHIDA
  • 雑誌名: 5^<th> International Workshop on Water Dynamics(Sendai, Japan, September 25-27, 2007), AIP Conference Proceedings Vol.987 ページ: 30-34
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of Nanometer La_<0.8>Sr_<0.2>Co_<0.8>Fe_<0.2>O_3 Nanoparticles for Intermediate-Low Temperature Solid Oxide Fuel Cells (2008)
  • 著者名/発表者名: Changsheng DING, H. Lin, Kazuhisa SATO, Toshiyuki HASHIDA
  • 雑誌名: 5^<th> International Workshop on Water Dynamics,(Sendai, Japan, September 25-27, 2007), AIP Conference Proceedings Vol.987 ページ: 35-38
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ni-GDC Anode-Supported Ceria Electrolyte Film and Its Application in Solid Oxide Fule Cells (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Lin, C. Ding, K. Kumada, K. Sato, Y. Tsutai, C. Wada,and T. Hashida
  • 雑誌名: 5^<th> International Workshop on Water Dynamics,(Sendai, Japan, September 25-27, 2007), AIP Conference Proceedings Vol.987 ページ: 54-57
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of AE Technique in Performance Evaluation of Anode-supported Ceria Electrolyte Thin Film-based SOFCs (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Lin, C. Ding, K. Kumada, K. Sato, Y. Tsutai, C. Wada,and T. Hashida
  • 雑誌名: 5^<th> International Workshop on Water Dynamics,(Sendai, Japan, September 25-27, 2007), AIP Conference Proceedings Vol.987 ページ: 163-166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autocombustion synthesis of La_<0.6>Sr_<0.4>Co_<0.2>Fe_<0.8>O_<3-□>(LSCF)perovskite nanosized powder via modified sol-gel route (2007)
  • 著者名/発表者名: Hongfei Lin, Changsheng Ding, Kazuhisa Sato, Yoshifumi Tsutai, Chiharu Wada and Toshiyuki Hashida
  • 雑誌名: Proc.of 1st Int.Sympo. on Aqua Science, Water Resource and Innovation Development of Countryside,(Sakawa, Kochi, Japan, November 26-30, 2007) ページ: 297-302
• [雑誌論文] Microstructural Changes of Ni/YSZ Cermet under Repeated Redox Reaction in Environmental Scanning Electron Microscope(ESEM) (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakagawa, K.Yashiro, K.Sato, T.Kawada, J.Mizusaki
  • 雑誌名: Electrochemical Society transactions Vol.7,No.1 ページ: 1373-1380
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reliability Evaluation of SOFC under Simulated Operating Condition (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, N.Imanaka, K.Fukui, M.Numao, S.Kyotani, K.Yashiro, T.Kawada, T.Hashida, J.Mizusaki
  • 雑誌名: Electrochemical Society transactions Vol.7,No.1 ページ: 455-458
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tracking the onset of Damage Mechanism in Ceria-based Solid Oxide Fuel Cells under Simulated Operating Conditions (2006)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Hajime Omura, Toshiyuki Hashida, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusaki, Hiroo Yugami
  • 雑誌名: Journal of Testing and Evaluation Vol.34,No.3 ページ: 246-250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of Damage and Fracture Process of Solid Oxide Fuel Cells Under Simulated Operating Conditions By Using AE Method (2006)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Toshiyuki Hashida, Hiroo Yugami, Kenji Yashiro, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusaki
  • 雑誌名: Journal of Acoustic Emission Vol.24 ページ: 215-221
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Mechanical Load on the Electrical Property of Yttria-Stabilized Zirconia (2006)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa.Sato, R.Narumi, K.Yashiro, T.Kawada, H.Yugami, T.Hashida, J.Mizusaki
  • 雑誌名: Electrochemistry and Thermodynamics on Materials Processfor Sustainable Production, Masko Symposium ページ: 823-827
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Method for Evaluating Degradation of Solid Oxide Fuel Cell under Operating Conditions by Combining the Electrochemical Measuement with Non-Destructive Test (2006)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Shintaro Kyotani, Toshiyuki Hashida, Hirokazu Moriya, Tatsuya Kawada, Keiji Yashiro, Takashi Nakamura, Hiroo Yugami, Junichiro Mizusaki
  • 雑誌名: Proceedings of Asian Symposium on Materials and Processing 2006 ページ: 132-132
  • 査読あり
• [学会発表] SOFCの信頼性評価のための機械的解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一永、八代圭司、井口史匡、古山通久、雨澤浩史、寺田賢二郎、湯上浩雄、橋田俊之、水崎純一郎、川田達也
  • 学会等名: 第17回SOFC研究発表会
  • 発表場所: 東京都科学技術館サイエンスホール
  • 年月日: 20081218-19
• [学会発表] SOFCの機械的信頼性向上のための基礎研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 川田達也, 佐藤一永, 古山通久, 井口史匡, 八代圭司, 雨澤浩史, 寺田賢二郎, 湯上浩雄, 橋田俊之, 水崎純一郎
  • 学会等名: 第17回SOFC研究発表会
  • 発表場所: 東京都科学技術館サイエンスホール
  • 年月日: 20081218-19
• [学会発表] 固体酸化物燃料電池用セラミックスの機械的特性に及ぼす還元処理の影響に関する研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 武山陽平, 佐藤一永, 川田達也, 橋田俊之, 水崎純一郎
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2008材料力学カンファレンス講演論文集
  • 発表場所: 立命館大学,びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 20080916-18
• [学会発表] 高温還元環境下における固体酸化物燃料電池用セリア系セラミックスの機械的特性評価に関する研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 武山陽平, 佐藤一永, 橋田俊之, 水崎純一郎
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第38回学生員卒業研究演会
  • 発表場所: 八戸工業大学(講演番号115)(29-30)
  • 年月日: 2008-03-07
• [学会発表] SOFCの信頼性向上のための評価手法と材料設計 (2007)
  • 著者名/発表者名: 川田達也, 渡邊秀貴, 宇根本篤, 佐瀬摩耶, 雨澤浩史, 中村崇司, 佐藤一永, 八代圭司, 水崎純一郎, 橋田俊之, 湯上浩雄
  • 学会等名: 第16回SOFC研究発表会,SOFC研究会
  • 発表場所: 科学技術館サイエンスホール,東京
  • 年月日: 20071220-21
• [学会発表] Autocombustion synthesis of La_<0.6>Sr_<0.4>Co_<0.2>Fe_<0.8.O_<3-δ>(LSCF) perovskite nanosized powder via modified sol-gel route (2007)
  • 著者名/発表者名: Hongfei Lin, Changsheng Ding, Kazuhisa Sato, Yoshifumi Tsutai, Chiharu Wada and Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: 1st Int.Sympo. On Aqua Science, Water Resource and Innovation Development of Countryside
  • 発表場所: Sakawa,Kochi,Japan
  • 年月日: 20071126-30
• [学会発表] Synthesis of Nanometer NiO-Ce_<0.8>Sm_<0.2>O_<1.9>Composite Nanopowders for Solid Oxide Fuel Cells (2007)
  • 著者名/発表者名: Changsheng DING, H. Lin, Kazuhisa SATO, Toshiyuki HASHIDA
  • 学会等名: 5^<th> International Workshop on Water Dynamics
  • 発表場所: Sendai,Japan
  • 年月日: 20070925-27
• [学会発表] Synthesis and Characterization of Nanometer La_<0.8>Sr_<0.2>Co_<0.8>Fe_<0.2>O_3 Nanoparticles for Intermediate-Low Temperature Solid Oxide Fuel Cells (2007)
  • 著者名/発表者名: Changsheng DING, H. Lin, Kazuhisa SATO, Toshiyuki HASHIDA
  • 学会等名: 5^<th> International Workshop on Water Dynamics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20070925-27
• [学会発表] Ni-GDC Anode-Supported Ceria Electrolyte Film and Its Application in Solid Oxide Fule Cells (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Lin, C. Ding, K. Kumada, K. Sato, Y. Tsutai, C. Wada,and T. Hashida
  • 学会等名: 5^<th> International Workshop on Water Dynamics
  • 発表場所: Sendai,Japan
  • 年月日: 20070925-27
• [学会発表] Application of AE Technique in Performance Evaluation of Anode-supported Ceria Electrolyte Thin Film-based SOFCs (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Lin, C. Ding, K. Kumada, K. Sato, Y. Tsutai, C. Wada and T. Hashida
  • 学会等名: 5^<th> International Workshop on Water Dynamics
  • 発表場所: Sendai,Japan
  • 年月日: 20070925-27
• [学会発表] Spray-coating thin GDC films for solid oxide fuel cell applications (2007)
  • 著者名/発表者名: Changsheng Ding, Hongfei Lin, Kazuhisa Sato and Toshiyuki Hashida, Yoshifumi Tsutai, Mabito Iguchi and Chiharu Wada
  • 学会等名: 資源・素材学会東北支部平成19年度春季大会講演予稿集(2007)
  • 発表場所: 東北大学さくらホール
  • 年月日: 2007-06-08
• [学会発表] 急速起動可能な小型固体酸化物燃料電池の試作と評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 熊田圭吾, 佐藤一永, 水崎純一郎, 橋田俊之
  • 学会等名: 資源・素材学会東北支部平成19年度春季大会講演予稿集
  • 発表場所: 東北大学さくらホール
  • 年月日: 2007-06-08
• [学会発表] 急速起動可能な固体酸化物燃料電池の概念設計と試作 (2007)
  • 著者名/発表者名: 熊田圭悟, 佐藤一永, 橋田俊之, 水崎純一郎
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第37回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 弘前大学(講演番号203)
  • 年月日: 2007-03-05
• [学会発表] 自己組織化マッピング手法を用いたSOFCの損傷可視化に関する研究 (2006)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一永, 今中規景, 福井健一, 八代圭司, 沼尾正行, 川田達也, 湯上浩雄, 橋田俊之, 水崎純一郎
  • 学会等名: 第14回SOFC研究発表会,SOFC研究会
  • 発表場所: 科学技術館サイエンスホール,東京
  • 年月日: 20061208-09
• [学会発表] A New Method for Evaluating Degradation of Solid Oxide Fuel Cell under Operating Conditions by Combining the Electrochemical Measuement with Non-Destructive Test (2006)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Shintaro Kyotani, Toshiyuki Hashida, Hirokazu Moriya, Tatsuya Kawada, Keiji Yashiro, Takashi Nakamura, Hiroo Yugami, Junichiro Mizusaki
  • 学会等名: Asian Symposium on Materials and Processing 2006(ASMP 2006)
  • 発表場所: Sofitel Central Plaza Bangkok, Thailand
  • 年月日: 20061109-10
• [学会発表] イットリア安定化ジルコニアの電気特性に及ぼす力学的負荷の影響に関する研究 (2006)
  • 著者名/発表者名: 鳴海涼, 佐藤一永, 橋田俊之, 川田達也, 八代圭司, 湯上浩雄, 水崎純一郎
  • 学会等名: 2006年電気化学秋季大会講演要旨集
  • 発表場所: 同志社大学工学部(2F28)
  • 年月日: 20060914-15
• [学会発表] Synthesis and Characterization of Nanometer NiO-SDC Composite Powders for Solid Oxide Fuel Cells (2006)
  • 著者名/発表者名: Changsheng Ding, Hajime Oomura, Kazuhisa Sato, Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: Joint Conference of 8th Int.Sympo.on Hydrothermal Reactions and 7th Int.Conf.on Solvo-Thermal Reactions(ISHR & ICSTR 2006)
  • 発表場所: Sendai,Japan
  • 年月日: 20060805-09
• [学会発表] Development of Mechanical Design Methodology for Solid Oxide Fuel Cells, Proceedings of International Conference For Mechanical and Automotive Technologies 2006(ICMATE 2006) (2006)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Hashida, Kazuhisa Sato, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusaki,and Hiroo Yugami
  • 学会等名: New University for Mechanical and Automotive Technology Education
  • 発表場所: Chonbuk National University, Jeonju, Jeonbuk, Korea
  • 年月日: 20060426-28
• [備考] FC EXPO 2009第5回国際水素・燃料電池展(2009年2月25日-27日,東京ビッグサイト)において本研究の一環で開発したSOFC評価試験装置を展示した.