| 研究課題/領域番号 |
26249103
|
|---|
| 研究機関 | 東北大学 |
|---|
研究代表者 |
高村 仁 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30250715)
|
|---|
| 研究分担者 |
及川 格 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40733134)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| キーワード | SOFC / テープキャスト法 / 発電特性 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では、種々の燃料電池中で最高の発電効率を示す固体酸化物形燃料電池(SOFC)のさらなる小型化、高出力化を目指して、積層型マイクロSOFCの開発を行っている。昨年度までに、YSZ固体電解質層や多孔質電極層の積層化に成功し、900℃で理論開回路起電力の発生と発電を実証した。今年度は、高出力化のポイントとなるカソード材料に着目し、YSZ電解質層と共焼結時に緻密化しない難焼結性混合導電性カソードの探索と多孔質電極層のガス拡散律速の検討を行った。
難焼結性混合導電性カソードの探索としては、高い混合導電性を有するLa-Sr-Co-Fe系ペロブスカイト型酸化物へのTiO2置換というアプローチを試みた。具体的な組成はLa0.6Sr0.4(Co0.2Fe0.8 )1－xTixO3-dである。錯体重合法により得られた前駆体粉末を1300℃で焼結し、相対密度、電気伝導度、熱膨張率のTi置換量依存性を調査した。Tiの固溶限界はx = 0.4 -0.6近傍であり、この固溶量を超えて第二相が出現する領域では1300℃の焼結においても相対密度を70％以下に著しく減少できることを見出した。しかし、電気伝導度とはトレードオフの関係となり、x = 0.4において電気伝導度は0.9 S/cm (900℃)であった。一方、Ti置換により熱膨張率を13.4x10-6 /℃に低減できるメリットもあることから、電気伝導度を高めることが可能であれば有効な難焼結性多孔質電極と期待される。また、YSZ以外の電解質材料としてBaZrO3系ペロブスカイト型酸化物の検討も行った。
多孔質電極層のガス拡散律速については、限界電流測定とインピーダンス測定を試みた。その結果、700℃以下においては多孔質電極とYSZ電解質間の界面抵抗が全抵抗の主成分であるが、その温度以上では多孔質電極層内のガス拡散が律速過程となることが判明した。
|
| 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
計画に従って、難焼結性混合導電性カソードの探索を行い、Ti置換La-Sr-Co-Fe系ペロブスカイト型酸化物が有望であることを見出した。また、試作セルの抵抗成分を種々の電気化学測定法により解析し、高温側でガス拡散過程が律速段階であることも見出した。よって、セルの試作、発電の実証、カソード材料開発、高出力化の要素把握、各々の項目について順調に進展していると考えられる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
最終年度では、セルの試作方法、新規開発されたカソード材料の適用、多孔質電極層の最適化を行い、所期の発電特性が得られると期待される。
|
