固体酸化物形燃料電池燃料極のニッケル焼結挙動の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360093
• 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: 熱工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鹿園 直毅 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30345087)
• 研究分担者: 梅野 宜崇 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40314231) ; 原 祥太郎 東京大学, 生産技術研究所, 特任講師 (10401134)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 燃料電池 / 燃料極 / 数値シミュレーション

研究概要

本研究では，炭化水素燃料を用いた究極の発電効率を実現するために不可欠な固体酸化物形燃料電池(SOFC)を対象とし，その経時劣化において大きな課題となる燃料極Niの焼結挙動を解明することを目的とする．そのために，第一原理計算，分子動力学法，レベルセット法を用いて，物性値情報を共有させたナノからミクロンスケールまでの連成数値シミュレーション手法を開発する．実際のSOFC燃料極構造データおよび実験結果を用いつつ，世界に先駆けて開発する数値シミュレーション技術を駆使することで，SOFC燃料極のNi焼結挙動の解明を行った．

研究成果

• [雑誌論文] Simulation of Nickel Morphological and Crystal Structures Evolution in Solid Oxide Fuel Cell Anode Using Phase Field Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z. and Shikazono, N
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 巻: 161(5) ページ: F577-F582
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on the Influence of Current Collector on the Sudden Deterioration of Solid Oxide Fuel Cell Anode Performance (2013)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z. and Shikazono, N
  • 雑誌名: J. Fuel Cell Sci. Technol 巻: 11(2) ページ: 021010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation of Solid Oxide Fuel Cell Anode Microstructure Evolution Using Phase Field Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z. and Shikazono, N
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 巻: 160(6) ページ: F709-F715
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Study on the Correlation Between Solid Oxide Fuel Cell Ni-YSZ Composite Anode Performance and Sintering T emperature Based on Three Dimensional Reconstruction (2012)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 巻: 159(7) ページ: F278-F286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Characterization of SOFC Nickel-YSZ Anode Microstructure Degradation Based on Focused-Ion-Beam 3D-Reconstruction T echnique (2012)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 巻: 159(3) ページ: B285-B291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on Local Morphological Changes of Nickel in Solid Oxide Fuel Cell Anode using Porous Ni pellet Electrode (2011)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z., T akagi, N., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 雑誌名: J. Power Sources 巻: 196(3) ページ: 1019-1029
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Ultra-fast Fabrication T echnique for Anode Support Solid Oxide Fuel Cells by Microwave (2011)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 雑誌名: J. Power Sources 巻: 196(13) ページ: 5490-5493
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on Degradation of Solid Oxide Fuel Cell Anode by using pure Nickel Electrode (2011)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 雑誌名: J. Power Sources 巻: 196(20) ページ: 8366-8376
  • 査読あり
• [学会発表] NiO-YSZ 燃料極の製造プロセスにおける焼結挙動の研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大井彰洋, 原祥太郎, 焦震鈞, 志村敬彬,西橋健, 鹿園直毅
  • 学会等名: 第22回SOFC 研究発表会講演要旨集
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20131219-20
• [学会発表] Simulation of Solid Oxide Fuel Cell Anode Microstructure Evolution Using Phase Field Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z. and Shikazono, N
  • 学会等名: 第22回SOFC 研究発表会講演要旨集
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20131219-20
• [学会発表] Monte Carlo Study on The Constraint Effect of YSZ Phase on Ni Sintering in Ni-YSZ Composite System (2013)
  • 著者名/発表者名: Hara, S. Shikata, K., Shikazono, N., Izumi, S. and Sakai, S
  • 学会等名: Proc. 13th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells(SOFC-XIII)
  • 発表場所: Okinawa
  • 年月日: 20131006-11
• [学会発表] Quantitative Analysis of SOFC Anode Microstructure Change During Redox Cycles (2013)
  • 著者名/発表者名: Shimura, T . and Shikazono, N
  • 学会等名: Proc. : 13th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC-XIII)
  • 発表場所: Okinawa
  • 年月日: 20131006-11
• [学会発表] Simulation of Solid Oxide Fuel Cell Anode Microstructure Evolution Using Phase Field Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z. and Shikazono, N
  • 学会等名: Proc. 13th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC-XIII)
  • 発表場所: Okinawa
  • 年月日: 20131006-11
• [学会発表] Simulation of Solid Oxide Fuel Cell Anode Microstructure Evolution by Using the Phase Field Method (2012)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 学会等名: 第21回SOFC 研究発表会講演要旨集
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20121217-18
• [学会発表] 3 次元モンテカルロ法に基づく SOFC 燃料極の Ni 粗大化現象解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 原祥太郎, 四方健太郎, 孫瑜, 鹿園直毅,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第21回SOFC研究発表会講演要旨集
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20121217-18
• [学会発表] 固体酸化物形燃料電池燃料極の構造変化に関するナノ・メゾスケール解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 原 祥太郎, 四方 健太郎,鹿園 直毅,泉 聡志,酒井 信介
  • 学会等名: 日本機械学会第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム講演論文集
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 20121022-24
• [学会発表] Multiscale Modeling for Material Design of Solid Oxide Fuel Cell Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Umeno, Y ., Tada, T., Hara, S. and Shikazono, N
  • 学会等名: Proc. ECI Harnessing the Materials Genome
  • 発表場所: Colorado
  • 年月日: 20120930-1005
• [学会発表] Redox サイクルにおける SOFC 燃料極の微細構造変化に関する定量的評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 志村 敬彬, 尺田 将喜, 西橋 健, 鹿園 直毅
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会講演論文集
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 20120910-12
• [学会発表] SOFC 燃料極の微視構造発展予測に向けた 3 次元モンテカルロシミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 四方 健太郎, 原 祥太郎, 鹿園 直毅, 泉聡志, 酒井 信介
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会講演論文集
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 20120910-12
• [学会発表] K., Okita, K., Shikazono, N. and Kasagi, N. 3D Quantitative Characterization of Nickel-Yttria-stabilized Zirconia Solid Oxide Fuel Cell Anode Microstructure in Operation (2012)
  • 著者名/発表者名: Sun, X., Jiao, Z., Lee, G ., Hayakawa, K., Okita, K., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 学会等名: 10th European Solid Oxide Fuel Cell Forum
  • 発表場所: Lucerne, Switzerland
  • 年月日: 20120627-29
• [学会発表] Evolution of Microstructural Parameters of Solid Oxide Fuel Cell Anode during Initial Discharge Process (2012)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 学会等名: 10th European Solid Oxide Fuel Cell Forum
  • 発表場所: Lucerne, Switzerland
  • 年月日: 20120627-29
• [学会発表] 3D Quantitative characterization of Nickel-Yittria-stabilized Zirconia solid oxide fuel cell anode microstructure in discharge (2011)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 学会等名: 第20回SOFC 研究発表会講演要旨集
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20111212-13
• [学会発表] Numerical Simulation of SOFC Electrode Polarization Using Three-Dimensional Microstructure Reconstructed by FIB-SEM (2011)
  • 著者名/発表者名: Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 学会等名: Proc. 2011 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA, C8.3, Boston
  • 年月日: 20111108-1202
• [学会発表] Study on Degradation of Solid Oxide Fuel Cell with Pure Ni Anode (2011)
  • 著者名/発表者名: Jiao, Z., Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 学会等名: 12 th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2011-05-03
• [図書] 「第1.3 節 Ni-YSZ 燃料極の形態変化」, ナノ・マイクロスケール機械工学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鹿園直毅
  • 総ページ数: 13-16
  • 出版者: 東京大学出版会
• [図書] 「第 6.2.1 項 固体酸化物形燃料電池」, ナノ・マイクロスケール機械工学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鹿園直毅
  • 総ページ数: 227-231
  • 出版者: 東京大学出版会
• [図書] CHAPTER 8 : Three Dimensional Numerical Modelling of Ni-YSZ Anode, Solid Oxide Fuel Cells : From Materials to System Modeling, Meng Ni and Tim S. Zhao (ed.) (2013)
  • 著者名/発表者名: Shikazono, N. and Kasagi, N
  • 総ページ数: 200-218