ランタンシリケートセラミックス電解質と電極界面の改善によるSOFC特性向上

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04693
• Research Institution: Niihama National College of Technology
• Principal Investigator: 中山 享 新居浜工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (50300637)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: アパタイト酸化物イオン伝導体 / 固体酸化物型燃料電池

Outline of Annual Research Achievements

５００℃での導電率が０．０１３Ｓ・ｃｍ－１を示す無配向ランタンシリケートセラミックスおよび５００℃での導電率が０．０３３Ｓ・ｃｍ－１を示すｃ軸配向ランタンシリケートセラミックスを電解質材料に用いた。電極（拡散層）接合面のランタンシリケートセラミックス電解質の表面粗さＲａとＳＯＦＣ最高発電出力の関係を調べた。
無配向セラミックスおよびｃ軸配向セラミックス共に電解質の厚みは、１ｍｍとした。電解質／電極の緩衝層は、スピンコーターにより塗布・焼付で設けた（ＣｅＯ２）０．８（Ｓｍ２Ｏ３）０．２膜を設けた。カソードおよびアノード電極共に、ＤＣスパッタを用いて成膜しＰｔ膜を設けた。電極（拡散層）接合面の電解質の表面粗さは、前年度のＲａ３．２およびＲａ０．８からＲａ０．４に変更した。３％－Ｈ２（Ａｒバランス）とＡｉｒを用いて、５００℃での電解質支持型ＳＯＦＣ単セルの発電最高出力を測定した。
無配向セラミックスを電解質に用いた場合、電解質の表面粗さＲａ０．４の場合は５００℃での発電最高出力は１０ｍＷ・ｃｍ－２であった（Ｒａ０．８の場合８ｍＷ・ｃｍ－２、Ｒａ３．２の場合５ｍＷ・ｃｍ－２）。一方、ｃ軸配向セラミックスを電解質に用いた場合、電解質の表面粗さＲａ０．４の場合は５００℃での発電最高出力は８０ｍＷ・ｃｍ－２であった（Ｒａ０．８の場合７０ｍＷ・ｃｍ－２、Ｒａ３．０の場合５０ｍＷ・ｃｍ－２）。電解質の表面粗さＲａが小さいと発電最高出力が高くなる予想どおりの結果である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

電解質の厚み加工において割れが多数発生することから、令和５年度の計画であった電解質の厚み０．３ｍｍの評価ができなかった。

Strategy for Future Research Activity

令和６年度は、発電最高出力が最も高い値が得られた電解質の表面粗さＲａ０．４以下にて、最終目標の電解質厚みを０．３ｍｍから薄くした場合の５００　℃での電解質支持型ＳＯＦＣ単セルの発電最高出力測定を実施する。

Causes of Carryover

超高温電気炉の損傷が当初考えていたより少なかったため炉材修理および発熱体交換が令和４、５年度に実施しなかったが、令和６年度前半に実施予定である。また、海外のオープンアクセス学術誌での複数論文発表を準備している。