低コストと低環境負荷を両立する革新的な空気極支持型燃料電池セルの開発

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23651060
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 環境技術・環境材料
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 阿布 里提 弘前大学, 教授 (70565374)
• 研究分担者: 官 国清 (90573618)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 省エネルギー技術

研究概要

高性能空気極支持膜式セルを安価なデュアル乾式成膜法(dual dry pressing method)とコーティング及び共焼結法を基本とした製造プロセスを確立した上で、空気極支持膜と解質を一体にしたハーフセルの上にアノード材料を塗布・形成・共焼結したセルを創製し、(1)セル構成材料の仕様(新規材料・粒度・混合割合など)とナノ-ミクロ構造制御・組成制御等の手法による空気極支持膜の改善;(2)発電特性とアノード電極反応ガスの並行分析;(3)SEMやXRD等の手法による発電試験前後の電極材料・構造の変化分析などの方法を用いて、多様な燃料(H_2,CH_4,CO等)適応型SOFCアノードの高性能化及び炭素析出による性能劣化への抑制条件を検討した。その結果、LSM-SDC/ScSZ/Ni-SDCセルの発電評価試験より、Aサイト欠陥型LSMは、空気極支持膜/電解質膜界面の変質抑制に効果的であることを明らかにする他、グリシン硝酸塩法(Glycine-nitrate combustion process)より合成したアノード合金材料を用い、作製したLSM-CGO/ScSZ/NiCuO-CGOなどのセルの発電試験によって、高電流密度領域におけるNiベースアノードの急速劣化現象を突き止め、その劣化の原因は電流密度増加に伴い生成したH_2Oが増加し、p(H_2O)/p(H_2)圧力比が高くなることによってNi合金中のNiが再酸化または焼結が急速に進んだことによるものと明らかにした。また、低濃度H_2燃料の場合でも、電流密度増大によってアノードの急速劣化が早くなり、急速劣化開始のしきい値は圧力比p(H_2O)/p(H_2)によって決まることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Nickel volatilization phenomenon on the Ni-CGO anode in a cathode-supported SOFC operated at low concentrations of H_2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Gang Chen, Guoqing Guan, Yutaka Kasai,Abuliti Abudula
  • 雑誌名: International Journal ofHydrogen Energy 巻: 37(1) ページ: 477-483
• [雑誌論文] Performances of cathode-supported SOFC with Ni_0.5Cu_0.5-CGO anode operated in humidified hydrogen and in low concentration dry methane (2012)
  • 著者名/発表者名: Gang Chen, Guoqing Guan, Yutaka Kasai, Hong-Xin You, Abuliti Abudula
  • 雑誌名: Journal of Solid State Electrochemistry 巻: 16(6) ページ: 2071-2077
• [雑誌論文] Characterization of planer cathode- supported SOFC prepared by a dual dry pressing method (2011)
  • 著者名/発表者名: Gang Chen, Hong-Xin You,Yutaka Kasai, Hiroyuki Sato, Abuliti Abudula
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 509(16) ページ: 5159-5162
• [雑誌論文] Rapid degradation mechanism of Ni-CGO anode in low concentrations of H_2 at a high current density (2011)
  • 著者名/発表者名: Gang Chen, Guoqing Guan, Shawket Abliz, Yutaka Kasai, Abuliti Abudula
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: 36(14) ページ: 8461-8467
• [雑誌論文] Degradation mechanism of Ni-based anode in low concentrations of dry methane (2011)
  • 著者名/発表者名: Gang Chen, Guoqing Guan,Yutaka Kasai, Hong-Xin You
  • 雑誌名: Abuliti Abudula, Journal of Power Sources 巻: 196(15) ページ: 6022-6028
• [雑誌論文] Rapid degradation phenomenon of NiCu-Ce_0.8Gd_0.2O_1.9 anode at high p(H_2O) in different concentrations of dry methane (2011)
  • 著者名/発表者名: Gang Chen, Guoqing Guan, Shawket Abliz, Yutaka Kasai, Abuliti Abudula
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 56(27) ページ: 9868-9874
• [学会発表] Rapid degradation phenomena of Ni_0.5Cu_0.5-GDC anode at high current density in different concentrations of dry CH_4 (2012)
  • 著者名/発表者名: 陳剛,官国清,阿布里提,葛西裕
  • 学会等名: 電気化学会第79回大会講演要旨集
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] 低水素濃度領域におけるNi-CGOアノードの急速劣化現象の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 陳剛,官国清,阿布里提,葛西裕
  • 学会等名: 第20回日本エネルギー学会大会講演要旨集
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] Rapid degradation phenomenon of Ni-CGO anode at a high current density with high fuel utilization (2011)
  • 著者名/発表者名: G.Chen, G.Q. Guan, Y.Kasai, A. Abudula
  • 学会等名: 62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 発表場所: Niigata Japan
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] Degradation phenomenon of Ni-CGO anode in low concentrations of H2 (2011)
  • 著者名/発表者名: G.Chen, G.Q.Guan, S.Abliz, Y. Kasai, A.Abudula
  • 学会等名: The 20th Symposium on Energy in Japan
  • 発表場所: Osaka Japan
  • 年月日: 20110000