| 研究課題/領域番号 |
23656478
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
宇田 哲也 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80312651)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| キーワード | プロトン伝導体 / 中温型燃料電池 / 高効率水素製造 / 電気化学 / スマートグリッド |
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| 研究概要 |
Y をドープしたBaZrO3 は良好なプロトン伝導性を有する。本研究ではこれを電解質に用いた中温型燃料電池の実現に向けた電極材料に関する基礎的研究を行う。研究により、学術的には、Fe やCo を含む複合酸化物とBaZrO3 との化学両立性、その複合酸化物のBaZrO3 上での酸素還元能が明らかにされる。また、本研究で提案するプロトン伝導性酸化物を用いた燃料電池は、水蒸気電解にも適することから、将来、水素パイプラインが実現した際には、半無限のエネルギーバッファー機能をこの燃料電池が担うことができる可能性があり、太陽光発電などの自然エネルギーによる発電法の普及に貢献できると期待される。本研究では、プロトン伝導体である3 価金属をドープしたBaZrO3 の電極について研究を遂行する。大きく分けて課題は、応募者がこれまでに確立してきたポーラス構造作成法の最適化、水素極における無電解めっきの最適化、酸素極における触媒探査である。難易度の高い実験に関しては、補完的なテーマを設定し、実験が成功裏に進まない場合の対応も行う。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
水素極の研究では、アクリル添加及びリン酸浸漬によりハイブリッドポーラス構造を表面に有するBaZrO3を作製し、その表面に電極触媒としてPdを無電解めっきを用いて付与すること試みた。この電極の加湿水素雰囲気600℃におけるアノードの電極性能を評価した。結果、従来報告の0.2Ω cm2を上回る性能をもつ水素極を得ることはできなかった。今後、電極の性能を系統立てて議論するためには、比表面積の測定や無電解めっきされたPdの定量化を行いながら電気化学測定を行う必要があると考えられる。また、ニッケル電極に関しては、BaZrO3への無電解条件を確立した。一般に600℃程度の燃料電池では、酸素極には、白金などの金属よりも、酸化物が使用される。しかし、研究開始時には、YをドープしたBaZrO3の酸素極として、酸化物を使用した報告は、すべて、低性能な電極性能を示すものしかなく、酸化物電極の開発は困難を予想していた。そのような中での、酸素極の研究では、焼き付け条件などの種々の条件変更を行ったところ、期待以上の良好な性能を示す酸化物とそのプロセス条件が明らかとなった。結果、BSCFならびにLSCFが、BaZrO3の酸素極として24時間程度であれば、安定して使用可能であった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究でテーマにしているYをドープしたBaZrO3は、酸素雰囲気で、ホール伝導性が見受けられる。従って、酸素極の調査では、簡易測定法である、対称セルによる評価が、内部短絡のためにできない。一方で、水素雰囲気では、ホール伝導性は発現しないため、燃料電池条件のセルでは、問題なく電極性能を評価できるが、このときの電極性能は、水素極と酸素極の分離ができていない。よって、精緻に酸素極の性能を見極めるためには、参照電極の確立が必須であり、これに対して種々の手法を試みる。また、ニッケルの無電解めっき条件も確立できたので、ニッケル電極の性能評価も行う。余力があれば、プロトン・電子の混合伝導酸化物を中心とした新しい酸素極材料の探査も行う。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
現時点で実験遂行のための大型設備は整っている。よって、主に実験継続のための消耗品、光熱水料費及び情報収集目的等の旅費として使用する。
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