正方晶ジルコニア固体電解質を用いた高温燃料電池に関する研究

四方氧化锆固体电解质高温燃料电池研究

• 批准号: 63603527
• 负责人: 山本 治
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Mie University
• 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: 1988
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1988 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-63603527/
• 关键词: 固体電解質燃料電池; 正方晶安定化ジルコニア; 立方晶安定化ジルコニア; 固体電解質燃料電池; 正方晶安定化ジルコニア; 立方晶安定化ジルコニア

高温固体電解質型燃料電池の電解質としてはもっぱら立方晶型安定化ジルコニアが用いられてきたが、立方晶型は機械的強度に問題があり大面積の薄膜の作成が困難という欠陥がある。近年固体電解質燃料電池として従来のチューブラー型とは異なる平板型がその構造が簡単である点に注目され内外で関心がもたれている。本研究では平板型燃料電池をめざし、その電解質の開発を目的としとくに機械的強度の優れた正方晶型安定化ジルコニアの導電性について検討した。すでに申請者によってZrO_2-M_2O_3(M=Y,Yb Sc)系正方晶ジルコニアが1000℃で6×10^<-2>〜10^<+1> S/cmと正方晶に匹敵する高い導電率を示すことをみいだしたが、本研究ではその安定性とくに1000℃における導電率の変動および室温と1000℃の間で熱サイクルを行ったさいの導電率の変化については検討した。1000℃においては3モル%Y_2O_3-Zr-O_2および3モル%SC_2O_3-ZrO_2系は約2000時間後においても導電率の顕著な低下は認められなかったが、3モル%Yb_2O_3-Zr-O_2系では経時的な導電率の低下が認められた。なお、いずれの系においても1000℃で2000時間以上保っても単斜晶Zro_2は認められなかったが。室温から1000℃の熱サイクルにおいてはサイクル数の増加に従い導電率の低下が認められた。この低下は高抵抗相である単斜晶が粒界に析出したためと考えられた。さらにより機械的強度が優れている3モル%Y_2O_3-ZrO_2系にAl_2O_2を添加したものについての導電性についても検討した結果、AL_2O_3を20重量%添加しても導電率の顕著な低下は認められなく有望な電解質であると考えられた。さらに電解質としての正方晶型安定化ジルコニアと電極としてのLaMnO_3との反応性についても検討した結果、La/Mn比が1.0では1000℃でも反応が認められたが、1.0以下では反応しないことがわかった。

立方型稳定氧化锆已被用作高温固体电解质燃料电池的电解质，但是立方型的缺陷是，由于机械强度的问题，很难生产具有较大面积的薄膜。近年来，人们注意到这样一个事实，即与常规管状类型不同的平板类型是固体电解质燃料电池的简单结构，并且一直在行业内外引起人们的注意。这项研究旨在开发一个扁平型燃料电池，并检查了四方型稳定氧化锆的电导率，该氧化氧化氧化氧化氧化氧化氧化氧化氢的机械强度极好，目的是开发其电解质。 The applicant has already found that ZrO_2-M_2O_3(M=Y,Yb Sc)-based tetragonal zirconia exhibits a high conductivity comparable to tetragonal crystals, at 1000°C, 6×10^<-2> to 10^<+1> S/cm, but this study examined its stability, especially the variation in conductivity at 1000°C and the change in conductivity when thermally cycling was performed在室温和1000°C之间。在1000°C下，即使在2000小时后，3 mol％y_2o_3-Zr-o_2和3 mol％SC_2O_3-ZRO_2系统的电导率也没有显着降低，但是3 mol％YB_2O_2O_2O_3-ZR-O_2系统在电导率上的电导率降低了。在这两个系统中，即使在1000°C保持超过2000小时后，也不会观察到单斜ZRO_2。在从室温到1000°C的热循环中，随着循环数量的增加，电导率降低。人们认为这种还原是由于晶界处的高电阻阶段的降水造成的。此外，我们还研究了具有更好的机械强度的3 mol％y_2o_3-Zro_2系统的电导率，并且发现即使添加了20％的Al_2O_3的重量，电导率也没有显着降低，并且被认为是有希望的电解质。此外，我们还研究了四方稳定的氧化锆作为电解质和lamno_3作为电极的反应性，并发现在1000°C时以1.0的LA/MN比率观察到该反应，但在1.0的LA/MN比率下也观察到了反应。