LSCF-GDCコンポジット空気極の性能向上メカニズムの解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03926
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鹿園 直毅 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30345087)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷口 淳 東京理科大学, 基礎工学部電子応用工学科, 教授 (40318225)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 燃料電池

Outline of Annual Research Achievements

混合導電性酸化物であるLSCFおよびLSCに対して，高いイオン伝導性を示す酸化物であるGDCを混ぜた場合の電極性能評価および電極構造解析を行うためのセル作成を試みた．5グラムのGDC粉体をペレット作成型に封入し，ハンドプレスを用いて60MPaで30分圧縮し，その後冷間等方圧加圧法(CIP)を用いて200MPaで30分さらに圧縮した．これを型から取り出し，空気雰囲気の電気炉内で1550℃にて5時間焼成した．本GDCペレット上に微細凹凸を設けるための型を以下の手順で作製した．Si基板上にスピンコート法を用いてSU-8 3025の塗布を行い，ホットプレート上で95℃，10分間のソフトベークを行った．このSU-8 3025上にフォトマスクを重ねてマスクアライナー ES410を用いてUV光を照射し，ホットプレート上で95℃，10分間の露光後ベークを行った．その後，プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに浸漬させて現像を行った．最後に，電気炉で200℃で30分間のハードベークを行い，凹凸構造のマスターとなる金型を作成した．続いて，UV硬化樹脂SU-8 3025をPETフィルムとマスター金型の間に挟み，0.5 MPaの圧力を5分間保持して転写を行った．その後，UV光を照射量3000 mJ/cm2で照射することにより樹脂を硬化させた．次に樹脂の強度を高めるために，ホットプレート上で95℃，10分間のベークを行った．最後に転写されたUV硬化樹脂のパターンをマスター金型から離型し，SU-8樹脂のレプリカ金型を作製した．このレプリカ金型を用いて，GDC電解質ペレットに微細な凹凸を形成することを試みたが，割れが発生したため，繰り越しを行った．プレス圧力およびその時間の調整を行ったところ，H28年度初頭に割れのないペレットを作成することが可能となった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

プレス圧力および時間を調整することで，割れのないGDC電解質ペレットの作成に成功した．繰り越しは行ったものの，十分に挽回可能であり，おおむね順調に進展していると考えている．

Strategy for Future Research Activity

今後凹凸の形状のピッチや高さの最適化を行うが，粉末の重点条件および転写条件の調整等を行う予定である．

Research Products

• [Presentation] LSCとGDCコンポジット空気極の電極性能評価 (2015)
  • Author(s): 金容兌
  • Organizer: 第24回SOFC研究発表会
  • Place of Presentation: 科学技術館サイエンスホール，東京
  • Year and Date: 2015-12-16 – 2015-12-17
• [Presentation] Polarization characteristics of LSCF-GDC Composite Cathode with Different Volume Fractions (2015)
  • Author(s): 10.Kim, Y., Ohi, A., He, A., Jiao, Z., Shimura, T., Klotz, D., Hara, S. and Shikazono, N.
  • Organizer: SOFC XIV
  • Place of Presentation: Glasgow, UK
  • Year and Date: 2015-07-27 – 2015-07-31
  • Int'l Joint Research