Lowering operation temperatures of protonic ceramic fuel cells by proton-pumping effects

通过质子泵浦效应降低质子陶瓷燃料电池的工作温度

基本信息

批准号：
21H02035
负责人：
青木芳尚
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

水素透過膜支持型燃料電池(HMFC)は水透過合金/電解質膜－ヘテロ界面での酸化物イオンブロッキングにより発現するプロトンポンピング効果を発現し、高い出力を生むことが知られている。水素透過膜支持型燃料電池(HMFC)における、プロトンポンピング効果の最大化を目標に以下の検討を行った。第一に電解質酸化物の酸素欠損量がプロトンポンピングに及ぼす影響を実証するために，高酸素欠損量をもつBaCexZr0.5－xSc0.5O2.75(x = 0 and 0.2)を電解質としたHMFCについて実験による解析を行った。一般的にCe置換を行うと伝導率が上がり、セル出力は増加することが知られている。しかしながら、HMFCの出力はプロトンポンピング効果によって支配されるため，Ceドープによる出力増加は起こらないことが分かった。第二に、hMFCの実用化に向けた最大の課題であるPd水素アノードの代替材料について検討を行った。その有力な候補であるV1-xNix合金をPd代替アノードとして検討を行った。その結果、いずれの合金においても、金属酸化物電解質薄膜を300℃以下で製膜し、また320℃以下で発電したとき、高い出力が得られることが分かった。これらの条件以上に温度を上げると、合金の酸化による出力劣化が顕著に起こるとわかった。

众所周知，透氢膜支持的燃料电池（HMFC）由于透水合金/电解质膜-异质界面处的氧化物离子阻挡产生的质子泵送效应而产生高输出。进行以下研究的目的是最大化氢渗透膜支持燃料电池（HMFC）中的质子泵浦效应。首先，为了证明电解质氧化物中氧空位对质子泵浦的影响，我们使用具有高氧空位An的BaCexZr0.5−xSc0.5O2.75（x = 0和0.2）作为电解质研究了HMFC。进行了实验分析。众所周知，替代 Ce 可以提高电导率并提高电池输出。然而，由于HMFC的输出主要由质子泵浦效应决定，因此发现Ce掺杂不会增加输出。其次，我们研究了Pd氢阳极的替代材料，这是hMFC实际应用的最大挑战。我们研究了 V1-xNix 合金，它是一种很有前途的候选材料，可作为替代 Pd 阳极。结果发现，在所有合金中，当在低于300℃的温度下形成金属氧化物电解质薄膜并且在低于320℃的温度下发电时，可以获得高输出。已经发现，当温度升高到高于这些条件时，输出由于合金的氧化而显着恶化。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

The effect of an anode functional layer on the steam electrolysis performances of protonic solid oxide cells

阳极功能层对质子固体氧化物电池蒸汽电解性能的影响

DOI：
10.1039/d1ta02848k
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
11.9
作者：
Tang Chunmei;Akimoto Katsuya;Wang Ning;Fadillah Laras;Kitano Sho;Habazaki Hiroki;Aoki Yoshitaka
通讯作者：
Aoki Yoshitaka

Development of Hydrogen-Permeable Metal Support Electrolysis Cells

透氢金属支撑电解槽的研制