希土類固溶セリア電解質のイオン輸率向上による燃料電池性能の改善

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24560828
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 鮫島 宗一郎 鹿児島大学, 理工学研究科, 准教授 (00274861)
• 研究分担者: 平田 好洋 鹿児島大学, 理工学研究科, 教授 (80145458) ; 松永 直樹 宮崎大学, 工学部, 准教授 (40405543) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 燃料電池 / 固体電解質 / イオン伝導 / セリア

研究実績の概要

当初、今年度に予定していた（１）カソード材料La-Sr-Co-Fe-O系ペロブスカイト酸化物（La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ, LSCF）の気孔率および細孔径の影響、（２）酸化物イオン伝導性の高いガドリニウム固溶セリア（Gd-doped ceria, GDC）のカソードへの混合の影響については、昨年度検討した。そのため、今年度はアノードに注目し、アノードガス組成が開放起電力に及ぼす影響を検討した。
Ni-GDCサーメットアノード－GDC電解質－LSCFカソードの固体酸化物形燃料電池単セルを用いた。薄膜電解質（50μｍ）と厚膜電解質（500μm）の電解質厚さの異なる2種類のセルを作製した。アノードに3 vol%-水を含む水素あるいは水素-アルゴン（0, 50, 90, 95 vol%）系混合ガス、カソードに空気を供給した。800℃での開放起電力を測定した。3 vol%-水を含む水素を燃料とした場合、開放起電力は薄膜電解質で0.41V、厚膜電解質で0.44Vであった。水素-アルゴン（0, 50, 90, 95 vol%）系混合ガスを供給した場合、薄膜電解質で0.20-0.252V、厚膜電解質で0.095-0.176Vであった。いずれも理論起電力に比べて低かった。GDCのイオン輸率を向上を目指し、電子伝導性の原因となるGDC電解質への水素固溶を抑制するため、アノードの水素分圧を低下させたが、起電力の低下は抑制できなかった。