高イオン導電性酸化物電解質のための高性能電極触媒の開発

高离子导电氧化物电解质高性能电催化剂的开发

基本信息

批准号：
07239219
负责人：
内田裕之
金额：
$ 1.34万
依托单位：
University of Yamanashi
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

固体への酸化物イオンの出入りにはガス-電極材-電解質界面での電極反応が重要なステップである。ガス電極反応は温度が低くなるほど速度が顕著に減少し、イオン導電体の応用範囲が著しく制限される場合もある。本研究は、高イオン導電性酸化物独特の機能を十分に活用した高性能SOFCのための高性能電極の開発を目的とし、(1)貴金属超微粒子触媒高分散担持によるSOFC用高性能電極の開発、(2)固体酸化物電解質のイオン導電率の効果に着目したガス電極反応の解析を行った。1.貴金属超微粒子触媒高分散担持によるSOFC用電極の活性化良好な混合導電性を示す酸化物(CeO_2)_<0.8>(SmO_<1.5>)_<0.2>(以下SDCと略す)を燃料極としてYSZ電解質に焼き付けた。SDC燃料極にRu超微粒子を高分散担持(0.1〜0.5mg/cm^2)し、水素及び合成ガス中の分極特性を検討した。その結果、(1)Ruの担持効果が低温ほど顕著に現れること、(2)SDC中の酸化物イオンと電子導電率の両方が高くなる燃料ガス中でRu-SDC電極の特性は最高になり、800〜1000℃、空気極に対して-0.9Vの電位で1A/cm^2を越える電流密度が得られることがわかった。2.固体酸化物電解質上のガス電極反応の解析より高性能な電極材料を開発する指針を得るために、SDC燃料極の分極性におよぼす電解質の酸化物イオン導電率の効果を解析した。イオン導電率の異なる種々のジルコニア電解質上でのSDC燃料極の分極特性を調べた。SDCのイオン導電率が充分高い900℃以上では電解質の影響を受けないが、800℃になると電解質導電率が高いほど分極が小さくなることを見出した。さらに、SDC表面にRu微粒子を高分散担持して表面電荷移動反応を活性化すると、800〜1000℃で電解質からSDCへのイオン供給が律速となり、交換電流密度が電解質導電率の1次に比例して増加することを明らかにした。

气体-电极材料-电解质界面的电极反应是氧化物离子进出固体的重要步骤。随着温度的降低，气体电极反应速率显着降低，这可能严重限制离子导体的应用范围。本研究的目的是开发一种用于高性能SOFC的高性能电极，充分利用高离子导电氧化物的独特功能（2）我们分析了气体电极反应，重点关注固体氧化物电解质的离子电导率的影响。 1.负载高度分散的贵金属超细颗粒催化剂的SOFC电极的活化以表现出良好的混合导电性的氧化物(CeO_2)_<0.8>(SmO_<1.5>)_<0.2>(以下简称SDC)为燃料。进入YSZ电解液作为极。超细Ru颗粒高度分散（0.1-0.5mg/cm^2）负载在SDC燃料电极上，并研究了它们在氢气和合成气中的极化特性。结果，（1）负载Ru的效果在较低温度下变得更加明显，（2）Ru-SDC电极的特性在燃料气体中是最好的，其中SDC中的氧化物离子和电子电导率都为发现在800-1000℃和相对于空气电极的电位为-0.9V时可以获得超过1A/cm^2的电流密度。 2.固体氧化物电解质上气体电极反应的分析为了获得开发更高性能电极材料的指导，我们分析了电解质的氧化物离子电导率对SDC燃料电极极化的影响。研究了SDC燃料电极在不同离子电导率的各种氧化锆电解质上的极化特性。我们发现，在900℃以上的温度下，SDC的离子电导率足够高，不受电解质的影响，但在800℃时，电解质电导率越高，极化变得越小。此外，如果Ru细颗粒高度分散在SDC表面上以激活表面电荷转移反应，则从电解质到SDC的离子供应在800至1000℃时受到速率限制，并且交换电流密度与结果表明电解质电导率增加。