新規酸化物イオン伝導体を用いた新たな固体電解質型燃料電池の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750659
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kanagawa University
• Principal Investigator: 柿沼 克良 神奈川大学, 工学部, 助手 (60312089)
• Keywords: ペロブスカイト型酸化物 / 酸化物イオン伝導度 / 単位格子自由空間 / 結晶構造 / 固体電解質型燃料電池 / 対称性 / 格子欠陥

Research Abstract

1.固体電解質(Ba_<1-x>La_x)_2In_2O_<5+x>系の酸化物のイオン伝導度の向上
これまでに当研究では安定化ジルコニアのイオン伝導度に匹敵するペロブスカイト型酸化物(Ba_<1-x>La_x)_2In_2O_<5+x>系を発見してきた。本年はAサイトにSrを置換固溶させた(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)_2In_2O_<5+y>系を創製し、そのイオン伝導度を更に向上させると共に、Inサイトに4価、3価及び2価の陽イオンを置換固溶させた系を作製し、そのイオン伝導度が特に単位格子自由空間の影響を特に受けることを明らかにした。また、自由空間が24.1Å^3を越えるとイオン伝導度は低下する。これはInサイトにある一定量の4価、3価及び2価の陽イオンを置換固溶させると結晶の対称性が低下するためであることを明らかにした。
2.(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)_2In_2O_<5+y>系を用いた単セル型固体電解質型燃料電池の試作
(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)_2In_2O_<5+y>系について白金を電極に用いた単セル型SOFCを試作し、出力等の確認を行った。その結果、セル内の温度を800℃に保持し、水素を100ml/min.供給することで、最大0.15W/cm^2の電気量を発電することに成功した。一方、開回路電圧を測定したところ0.8Vと理論値(1.1V)より低いことが判明した。これは、(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)_2In_2O_<5+y>系が燃料極側で還元され、電子伝導性が発現したためと考えられる。これに対して、その電子伝導性を押さえるために、AサイトにSrを過剰に固溶させた(Ba_<0.3>Sr_<0.3>La_<0.5>)_2In_2O_<5.7>系を作製して、その燃料電池の発電特性を調べたところ、最大電力量0.19W/cm^2、開回路電圧1.0Vとなり、(Ba_<0.3>Sr_<0.2>La_<0.5>)_2In_2O_<5.5>系を用いた場合より高くなることが判明した。

Research Products

• [Publications] K.Kakinuma, H.Yamamura, H.Haneda, T.Atake: "Oxide-ion conductivity of (Ba_<1-x>La_x)_2In_2O_<5+x> system based on brownmillerite structure"Solid State Ionics. 140. 301-306 (2001)
• [Publications] Katsuyoshi Kakinuma, Hiroshi Yamamura, Tooru Atake: "Oxide-ion conductivity of the oxygen deficient Perovskite solid-solution system, (Ba_<0.5-x>Sr_xLa_<0.5>)_2(In_<1-y>M_y)_2O_<5.5>"Journal of Thermal analysis and Calorimetry. (印刷中).
• [Publications] 山村博, 岩原 弘育編 柿沼 克良 他: "材料開発における結晶格子欠陥とその応用"IPC(アイピーシー). 571 (2002)