| 研究実績の概要 |
本研究は，ダイレクトカーボン燃料電池(DCFC)の燃料であるチャーが観察可能であり，反応サイトのマーカーとして機能する点に着眼し，電気化学計測とチャーの観察からDCFCの発電メカニズムを解明し，高出力化に向けた指針を得ることを目標としている．今年度は，空孔を有するニッケル燃料極を活性炭/溶融炭酸塩の充填層に圧接させるプレス型DCFCを用いて，発電性能を計測するとともに，発電後，アノード側の活性炭/溶融炭酸塩の充填層の観察を行い，画像解析から炭素充填率を算出した．燃料には，観察が容易になるように，直径約1mmの活性炭を使用した．アノード側の炭酸塩中の炭素分率を1.0, 2.0, 3.0, 5.0 wt%と変化させ，電流密度-電圧曲線およびインピーダンスの計測を行った．結果として，炭素分率の増加に伴い，DCFCの出力が増大し，炭素分率が3.0wt%のとき，30 mW/cm2程度の連続発電を実現できた．発電後の活性炭/溶融炭酸塩の充填層の画像解析から，炭素分率の増加に伴い，炭素充填率が増加していることが明らかになり，炭素と電極の接触面積の増加により，出力が向上したと考えられる．DCFCの発電プロセスにおいて，炭素と電極の接触が重要であることを明らかにした．その一方で，炭素分率が5.0wt%に達した場合，連続発電が困難となった．この場合，発電時のアノード側のインピーダンス計測を行うと，低周波側の円弧が大きくなっており，拡散由来の抵抗が増大していることが示された．これは，発電時の気泡生成により，充填層内部のイオン輸送抵抗が増大したためと考えられる．プレス型DCFCのインピーダンス計測結果から，燃料極側よりもカソード側の過電圧が大きく，さらなる高出力化のためには，カソード側の改良が必要であることを明らかにした．
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