2017 Fiscal Year Annual Research Report
An investigation of elecrodes interaction and optimal cell shape towards super-high current density operation of anode supported SOFCs
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15H03930
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
岩井 裕 京都大学, 工学研究科, 准教授 (00314229)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 英生 京都大学, 工学研究科, 教授 (50166964)
齋藤 元浩 京都大学, 工学研究科, 助教 (90314236)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 燃料電池 / 電極微構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H29年度は，前年度までに開発した２次元数値解析プログラムに，形状最適化法を組み込むことから始めた．基盤となるプログラムは燃料極および空気極をともに均質な多孔質体とみなすSOFC性能解析プログラムである．薄膜電解質を採用する電解質支持型SOFCを想定した．まず初期のセル形状で性能解析を行い，その結果に基づいて最適形状予測によりセル形状を更新し，再度性能解析を実施する．このプロセスを繰り返すことで，セルの最適形状を探索した．形状最適化法としては，レベルセット法に基づくトポロジー最適化手法を適用した．幾何パラメータが及ぼす影響を個別に議論するために，形状最適化と並行して寸法最適化計算も行った．矩形凹凸形状を持つ薄膜電解質を想定し，凹凸の深さやピッチを独立に変更してその影響を調査した．標準的なNi-YSZ燃料極とLSM-YSZ空気極の微構造データを適用した場合，電解質の凹凸深さとともに電極-電解質界面近傍の反応領域が増すためセル性能が向上すること，ただし同時に多孔質電極を通じたガス拡散抵抗も増大するため，セル性能は極大値を持つことが明らかとなった．本研究により，両電極の多孔質微構造が定まれば，それに応じた最適な電解質形状を予測することが可能となった．さらに前年度から検討を開始した含侵法によって作製した電極についての検討を進めた．含侵法としては主に熱分解法を採用した．YSZの骨組み構造にNiを含侵した燃料極と，LSCF空気極にGDCを含侵した空気極をそれぞれ作製し，電気化学インピーダンスにより性能評価したところ，従来の共焼結Ni-YSZ燃料極やLSCF空気極よりも高い性能を示した．性能評価後の多孔質電極の微構造をFIB-SEMにより観察しその構造パラメータを定量化した．これを数値解析に適用し，微構造の違いが最適な電解質形状に電極微構造が影響を与えることを明らかにした．
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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