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2012 年度 実績報告書

長寿命固体酸化物燃料電池作製のためのケイ素フリー耐熱性ガスシール技術開発

研究課題

研究課題/領域番号 22360284
研究機関法政大学

研究代表者

明石 孝也  法政大学, 生命科学部, 教授 (20312647)

研究分担者 林 重成  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10321960)
清野 肇  芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (50281788)
南口 誠  長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (90272666)
上田 光敏  東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (90376939)
研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2013-03-31
キーワード長寿命化 / 燃料電池 / 接合 / 材料加工・処理 / ナノ材料
研究概要

本研究では,固体酸化物燃料電池(SOFC)の耐久性を向上させるために,ケイ素を含むガラスシールに代わる,ケイ素フリーの新しい高温用ガスシール技術を提供した。
一般に高温用ガスシールにはガラスや雲母などケイ素を含むものが用いられる。しかし,SOFCの構成部材にケイ素を含む材料を用いると,構成部材から揮発する極微量のSi(OH)4(g)などが燃料極に輸送され,燃料極でSiO2(s)を形成し,これによりSOFCの性能が低下することが指摘された。そこで,ケイ素フリーの新しい高温用ガスシール技術として,我々が開発したアルミニウムの酸化を利用した液相酸化接合技術をSOFC構成部材の接合に適用し,接合部のガスシール性評価と耐熱性評価を行った。
酸化ジルコニウムを分散させたアルミニウム中間層を用いた液相酸化接合によって、SOFC構成部材のイットリア安定化ジルコニア(YSZ)とステンレス合金の間に酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムからなる接合部を生成させることで,高い酸素ガスシール性と高温耐酸化性に加え,耐熱サイクル性を有するシールを形成することに成功した。また、酸化ニッケルを分散させたアルミニウム中間層を用いた液相酸化接合によっても、接合部の耐熱サイクル性を向上させた。これらは,第2相を分散されることによって,酸化アルミニウムで構成される接合部とYSZやステンレス合金との熱膨張率の不一致を緩和したためであると考えられる。

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (35件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (24件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Recovery of Mechanical Strength by Surface Crack Disappearance via Thermal Oxidation for Nano-Ni/Al2O3 Hybrid Materials2013

    • 著者名/発表者名
      D. Maruoka, M. Nanko
    • 雑誌名

      Ceram. Intl.

      巻: 39 ページ: 3221-3229

    • 査読あり
  • [雑誌論文] O-17 NMR study of defects in LnO1.5-CeO2 (Ln=La and Nd )2013

    • 著者名/発表者名
      Mariko Ando
    • 雑誌名

      Chemistry letters

      巻: 42(1) ページ: 57-59

    • DOI

      10.1246/cl.2013.57

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of ZnO Nanorods by Atmospheric Pressure Solid Source CVD Using Ethanol-Assisted Low Temperature Vaporization2013

    • 著者名/発表者名
      Sawako Miyamoto
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 85(12) ページ: 1287-1292

    • DOI

      doi:10.1246/bcsj.20120202

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ナノ金属粒子分散による構造用酸化物セラミックスのき裂治癒2013

    • 著者名/発表者名
      南口誠
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 48 ページ: 42-46

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-Functional Metal/Ceramic Hybrid Composites for Structural Applications2012

    • 著者名/発表者名
      M. Nanko, D. Maruoka, N. D. Thuy
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 706-709 ページ: 1984-1989

  • [雑誌論文] Oxygen-17 nuclear magnetic resonance measurements on apatite-type lanthanum silicate (La9.33(SiO4)6O2)2012

    • 著者名/発表者名
      Hajime Kiyono
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: 228 ページ: 64-69

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2012.09.016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of Exclusive Al2O3 Scale on Nb and Nb―rich Alloys by Two-Step Oxygen-Aluminum Diffusion Process2012

    • 著者名/発表者名
      Shigenari Hayashi
    • 雑誌名

      Oxidation of Metals

      巻: 78 ページ: 167-178

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Alloy Fe Content and Partial Pressure of Oxygen on the Formation and Phase Transformation Behavior of Al2O3 Scale2012

    • 著者名/発表者名
      Shigenari Hayashi
    • 雑誌名

      Materials and Corrosion

      巻: 68 ページ: 862-868

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recovery of Mechanical Property on Nano-Co Particles Dispersed Al2O3 via High-Temperature Oxidation2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Maruoka
    • 雑誌名

      Mater. Trans.

      巻: 53 ページ: 1816-1821

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Effect of Water Vapor on the Transition from Internal to External Oxidation of Austenitic Steels at 1073 K2012

    • 著者名/発表者名
      Mitsutoshi Ueda
    • 雑誌名

      Oxidation of Metals

      巻: 79(5-6) ページ: 485-494

    • DOI

      DOI 10.1007/s11085-012-9350-2

    • 査読あり
  • [学会発表] β-Ni-Fe-Al合金上に形成するAl2O3スケールの相変態に及ぼすFeの影響2013

    • 著者名/発表者名
      高田雄都
    • 学会等名
      日本金属学会春期講演大会(152回)
    • 発表場所
      東京理科大学神楽坂キャンパス(東京都)
    • 年月日
      20130327-20130329
  • [学会発表] 素過程からみた耐熱鋼の高温水蒸気酸化2013

    • 著者名/発表者名
      上田光敏
    • 学会等名
      第152回日本金属学会講演大会
    • 発表場所
      東京理科大学神楽坂キャンパス(東京都)
    • 年月日
      20130327-20130329
    • 招待講演
  • [学会発表] クエン酸燃焼法によるLaCoO3合成とアパタイト型固体電解質への応用2013

    • 著者名/発表者名
      三原俊哉
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2013年年会
    • 発表場所
      東京工業大学.(東京都)
    • 年月日
      20130317-20130319
  • [学会発表] NH3によるInOの窒化機構の検討2013

    • 著者名/発表者名
      宮原 崇
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2013年 年会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 年月日
      20130317-20130319
  • [学会発表] AlコートNi合金基板上へのナノ粒子マウントと耐摩耗性評価2013

    • 著者名/発表者名
      守屋充
    • 学会等名
      第51回セラミックス基礎科学討論会
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城県)
    • 年月日
      20130109-20130110
  • [学会発表] 溶液法により作製したAg-Ni-Co-O系粉末の粒成長と黒鉛酸化触媒特性2013

    • 著者名/発表者名
      中村航平
    • 学会等名
      第51回セラミックス基礎科学討論会
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城県)
    • 年月日
      20130109-20130110
  • [学会発表] NiO粒子を分散させたAl中間層により接合したYSZとステンレス合金の界面構造2012

    • 著者名/発表者名
      畠山恭輔
    • 学会等名
      第38回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      京都テルサ(京都府)
    • 年月日
      20121203-20121205
  • [学会発表] ZrO2分散Al中間層を用いて接合したYSZ/ステンレス合金界面の酸素ガスシール性と耐熱サイクル性評価2012

    • 著者名/発表者名
      橋本裕也
    • 学会等名
      第38回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      京都テルサ(京都府)
    • 年月日
      20121203-20121205
  • [学会発表] Crack-Healing Function of Nano-Ni Particles Dispersed Al2O3 Hybrid Materials at Various Heat Treatment Conditions2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Muraoka
    • 学会等名
      PM2012
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • 年月日
      20121014-20121018
  • [学会発表] Oxygen Gas Sealing between YSZ and Fe-Cr Alloy by Liquid-Phase-Oxidation Joining via ZrO2-dispersed Al Interlayer2012

    • 著者名/発表者名
      Takaya Akashi
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science 2012 (PRiME 2012)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      20121007-20121012
  • [学会発表] High-Temperature Oxidation Kinetics for Recovery of Mechanical Strength on Nano-Ni Dispersed Al2O3 Hybrid Materials2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Muraoka
    • 学会等名
      Pacific RIM Meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME 2012)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      20121007-20121012
  • [学会発表] The effect of Water Vapor on the Distribution of Oxide Precipitates during Internal Oxidation of Ni-5Cr Alloy at 1073 K2012

    • 著者名/発表者名
      Mitsutoshi Ueda
    • 学会等名
      Pacific RIM Meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME 2012)
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      20121007-20121012
  • [学会発表] Mechanical Recovery on Various Volume Fraction of Nano-Ni Dispersed Al2O3 Hybrid Materials via Thermal Oxidation2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Muraoka
    • 学会等名
      MSE2012
    • 発表場所
      ドイツ,ダルムシュタット
    • 年月日
      20120924-20120928
  • [学会発表] β-Fe-41.5at.%Al-Ni合金の高温酸化挙動におよぼすNiの影響2012

    • 著者名/発表者名
      高田雄都
    • 学会等名
      第59回材料と環境討論会
    • 発表場所
      旭川市大雪クリスタルホール(北海道)
    • 年月日
      20120924-20120926
  • [学会発表] 1073 KにおいてFe-Cr-Ni合金に形成する内部酸化層中の酸素透過に及ぼす水蒸気の影響2012

    • 著者名/発表者名
      上田光敏
    • 学会等名
      第59回材料と環境討論会
    • 発表場所
      旭川大雪クリスタルホール(北海道)
    • 年月日
      20120924-20120926
  • [学会発表] M. Moriya, T. Akashi, S. Tsunekawa, H. Habasaki, Mounting of ZrO2 Nanoparticles on Ni Alloy Plate via Al Coated Layer and its Wear Resistance2012

    • 著者名/発表者名
      Takaya Akashi
    • 学会等名
      IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
    • 年月日
      20120923-20120928
  • [学会発表] Fabrication of Size and Shape Controlled GaN Materials by NH3 Nitridation of Ga2O3 Powder2012

    • 著者名/発表者名
      Hajime Kiyono
    • 学会等名
      IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
    • 年月日
      20120923-20120928
  • [学会発表] ナノNi分散Al2O3ハイブリッドのき裂治癒効果における高温酸化速度論2012

    • 著者名/発表者名
      丸岡大佑
    • 学会等名
      日本金属学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県)
    • 年月日
      20120917-20120919
  • [学会発表] 水溶液系ゾル‐ゲル法により合成したLaCoO3の粒成長と導電率の相関2012

    • 著者名/発表者名
      三原俊哉
    • 学会等名
      固体イオニクス学会第8回固体イオニクスセミナー
    • 発表場所
      信貴山玉蔵院.(奈良県)
    • 年月日
      20120902-20120904
  • [学会発表] ナノNi分散Al2O3ハイブリッドの き裂治癒効果2012

    • 著者名/発表者名
      丸岡大佑
    • 学会等名
      バルクセラミックス若手セミナー
    • 発表場所
      国民宿舎鳩ノ巣荘(東京都)
    • 年月日
      20120827-20120829
  • [学会発表] 気体透過セラミック板を利用した酸化ガリウムのアンモニア窒化による窒化ガリウム結晶の作製2012

    • 著者名/発表者名
      森谷明功
    • 学会等名
      第28 回 日本セラミックス協会 関東支部研究発表会
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県)
    • 年月日
      20120809-20120810
  • [学会発表] Crack-healing behavior of nano-metal dispersed Al2O3 hybrid materials2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Muraoka
    • 学会等名
      International Workshop on Materials in Harsh Environments
    • 発表場所
      星野リゾートトマム(北海道)
    • 年月日
      20120805-20120807
  • [学会発表] Liquid-Phase-Oxidation Joining of YSZ and Fe-Cr alloy via NiO-dispersed Al interlayer2012

    • 著者名/発表者名
      Takaya Akashi
    • 学会等名
      The 6th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-6)
    • 発表場所
      メルパルク横浜(神奈川県)
    • 年月日
      20120626-20120628
    • 招待講演
  • [学会発表] The Effect of Water Vapor on the Transition from Internal to External Oxidation of Austenitic Steels at 1073 K2012

    • 著者名/発表者名
      Mitsutoshi Ueda
    • 学会等名
      8th International Symposium on High-Temperature Corrosion and Protection of Materials
    • 発表場所
      Les Embiez, France
    • 年月日
      20120520-20120525
  • [図書] 第6版 電気化学便覧2012

    • 著者名/発表者名
      電気化学会
    • 総ページ数
      832
    • 出版者
      丸善出版

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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