2016 Fiscal Year Research-status Report
両イオン伝導体を用いた高効率メタン発電用固体酸化物形燃料電池の開発
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15K18239
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
島田 寛之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 無機機能材料研究部門, 主任研究員 (60738285)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 両イオン伝導体 / 固体酸化物形燃料電池 / プロトン / 共焼結 / ニッケル拡散 / 燃料極支持型 / 輸率 / 製造プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
両イオン伝導性を有する高効率固体酸化物形燃料電池（SOFC）を具現化するために、セル製造条件の最適化を行った。平成27年度に実施した両イオン伝導性を有する固体酸化物形燃料電池（SOFC）用の材料探索において、Ba(Zr,Ce,Y,Yb)O3（BZCYYb）を電解質候補材料として選択した。平成28年度は、実用セル形状である燃料極支持型SOFCの製造に注力し、BZCYYb電解質とNiO-BZCYYb燃料極支持体における、共焼結条件とセル特性の相関性について検討した。これまでの検討において、高温焼成プロセス中に起こるNiのBZCYYb結晶中への固溶が、BZCYYb結晶中のプロトン濃度を低下させることによりプロトン伝導率が低下することがわかっている。プロトン伝導率が低下することにより、相対的に電子（ホール）の輸率が増加し、電子リークによる効率低下が起こる。そこで、BZCYYb電解質とNiO-BZCYYb燃料極支持体の共焼結温度を1300から1400℃まで変化させ、NiO-BZCYYb燃料極支持体からBZCYYb電解質へのNiの拡散の様子を、高分解能波長分散型X線を用いて分析した。その結果、共焼結温度の増加に伴い、Niの拡散量および拡散距離が増加することを半定量的に把握することができた。さらに、作製した燃料極支持型SOFCを交流インピーダンス法により抵抗分離した結果、電解質のオーミック抵抗が共焼結温度の上昇に伴い、増加することが観測された。また、イオン輸率の観点からは、BZCYYb電解質の膜厚が重要であり、現在の共焼結によるセル製造プロセスでは、電解質膜厚20μm以上とすることにより、90%以上のイオン輸率（700℃時）を達成できた。以上のように、今年度の検討により、（1）燃料極支持型SOFC製造プロセスの最適化、および（2）イオン輸率の向上、を達成できた
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
両イオン伝導性SOFCの試作に成功し、さらに共焼結時のNi拡散量とSOFC発電特性の相関性を明らかにすることにより、SOFC製造プロセスの最適化に成功した。さらに、イオン輸率を高める指針を得ることもでき、課題の一つであった高効率を実現できるSOFC製造方法の基盤を築くことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度までに開発した両イオン伝導性SOFCを用いて、最終的な目標である直接メタンを燃料して使用する発電試験を実施する。実測をとおし、SOFCの材料面での課題と運転方法の課題を抽出し、高効率メタン発電発電の実現性を評価する。
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| Causes of Carryover |
これまでの検討において、電解質材料の探索は順調に進んでいるが、一方、電極材料と合成方法についての検討は平成29年度において展開する予定である。そのため、材料購入費および消耗品費、また、材料の分析に要する費用が必要となる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
電極材料（またはその他のセル部材）購入費として使用する。また、開発した電極の分析により生じる費用として引き当てる。
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