| 研究課題/領域番号 |
25289246
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
橋本 真一 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (60598473)
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| 研究分担者 |
雨澤 浩史 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90263136)
井口 史匡 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00361113)
中村 崇司 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (20643232)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 固体酸化物形燃料電池 / 空気極 / 混合導電体 / 三相界面反応 / 二相界面反応 / パターン電極 / 薄膜 |
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| 研究実績の概要 |
固体酸化物形燃料電池において、電子-酸化物イオン混合導電性を有する空気極は、酸化物イオンが気相-空気極材の二相界面から取込まれるため、過電圧が低くなるとされている一方、近年、三相界面を増やす電解質材料とのコンポジット化がより過電圧を低減するため、一般に用いられている。しかし、混合導電性空気極と電解質との間の三相界面の寄与については殆ど検討がなされていない。そこで、本研究では電極面積当たりの三相界面長が異なるパターニングを施したモデル電極反応を定量的に評価する技術を確立する。
昨年度、セル作製・一部評価を行ったものは、薄膜の構造解析を行ったところ、La0.6Sr0.4CoO3-d(LSC)が十分に結晶化していなかった事から、本年度では再度、PLDによる薄膜作製条件および、パターン加工プロセス技術の最適化を行った。そして、このLSCパターン電極付きCe0.9Gd0.1O2-d (GDC)電解質基板を用いて電気化学セルを作製し、電気化学特性の温度および、酸素分圧依存性を調べた。その結果、GDC上にLSCパターン電極を作製して２種類の三相界面長の異なる電極（三相界面比6.5cm-1と344cm-1）を温度比較したところ、700oC、 800oCでは、酸素分圧によらず、三相界面長依存性は確認されなかったが、600oC、高酸素分圧領域（PO2>10-2bar）では、僅かに三相界面長が長いもの（三相界面比344cm-1）の界面導電率が高くなる傾向が見られた。これは近年報告されているLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d(LSCF)が、顕著に600oCで三相界面依存性を示した結果とは対照的であり、このことから、混合導電体の表面交換反応係数や、拡散係数の違いにより、三相界面長依存性に差が生じることが、示唆された。
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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
GDC上LSC薄膜の作製条件の最適化に時間を要し、バターン電極の加工条件の最適化までの時間を要したため、予算を平成27年度への繰越が行われたが、最終的に異なるパターン電極の電気化学的評価を行う事が達成されたとともに、平成27年度計画のプロトン導電体であるSZY（SrZr0.9Y0.1O3-d）基板上でのLSCの成膜・電極加工へも応用することが出来た。
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| 今後の研究の推進方策 |
プロトン導電体であるSZY基板上のLSCのパターン電極作製および、電気化学的分析、機器分析を行う。GDC基板上のLSCパターン電極の微細加工のノウハウは、SZY基板上のLSCパターン電極作製に速やかにフィードバックをかける。プロトン導電体であるSZY基板上のLSCのパターン電極の分析・評価では、酸素分圧依存性のみならず，水蒸気分圧依存性を検討することにより，反応の律速段階を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成26年度9月、作製したLSC電極薄膜のX線回折による評価により、従来、結晶化した条件でも、GDC基板上では結晶化しない想定外の事態が判明した。研究遂行上、超イオン導電体であるGDC基板の使用は必須であるため、配向を極力避けながら電極薄膜を結晶化する成膜条件の最適化と新たに作製された薄膜に適したパターン電極の検討を追加する必要が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
H26年10月に薄膜作製条件の最適化・評価を行い、12月に新条件によるパターン電極作製のプロセス開発を行い、H27年4月には作製したセルの作製を行う。H27年6月までには、電気化学的測定評価などのセルの評価を終了し、7月にはデータ解析を終えて、完了する。
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