薄膜型高温固体電解質燃料電池に関する研究

薄膜型高温固体电解质燃料电池的研究

基本信息

批准号：
62603544
负责人：
石原達己
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Kyushu 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：
1987
资助国家：
日本
起止时间：
1987 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

燃料電池は発電効率が高く次世代の発電システムとして期待されている。アルカリ土類金属酸化物(CaO、SrO)を添加した酸化セリウムは高いイオン輸率と導電率を示すことを見出した。本年度は高いイオン導電率を示す固体電解質の探索を行うとともに、燃料電池を構成し高出力化について詳細な検討を行った。希土類金属酸化物(Sm_2O_<3_<、Gd_<2>O_<3>、La_<2>O_<3>など)またはY_<2>O<3>を固溶させた酸化セリウムを調製し、濃淡電池法によりイオン輸率、直流四端子法により導電率を測定した。酸化セリウム固溶体では酸素イオン輸率はほぼ1であり、酸素イオン導電率も安定化ジルコニアよりはるかに高い値を示した。特に20at%・Sm_2>O_3<を添加した酸化セリウム固溶体は最も高い酸素イオン導電率を示すことを見出した。酸化セリウム固溶体を電解質とし、水素-酸素燃料電池を作製し、600-800°Cで発電実験を行った。酸化セリウム系固体電解質は導電率が高いので電池の内部抵抗は低く、安定化ジルコニアに比較してはるかに高い電流密度と出力が得られた。しかし、開回路電圧は安定化ジルコニアを用いた場合に比べて低下する。これは燃料極側で酸化セリウムが4価から3価に還元されることに起因すると考えられる。試料表面を還元に強い安定化ジルコニアで薄膜状にコ-ティングすると還元は抑制されるので電池の出力は増加した。また固体電解質の内部抵抗をさらに減少させ,高い出力を得る方法として、薄膜化が考えられる。酸化セリウム固溶体を用いてプラズマ溶射法により薄膜型燃料電池を作製した。ディスク状試料に比べ溶射膜では膜厚の低下に伴い内部抵抗が減少するので電流-電圧曲線の傾きは緩やかになり、電流密度、出力ともに増加した。以上のように酸化セリウム固溶体を燃料電池の電解質として応用すると高出力化が可能であり、さらに薄膜化は電池の出力向上に有効であることがわかった。

燃料电池发电效率高，有望成为下一代发电系统。我们发现掺杂碱土金属氧化物（CaO、SrO）的氧化铈表现出高离子迁移数和电导率。今年，我们寻找具有高离子电导率的固体电解质，并对如何配置燃料电池以提高输出进行了详细研究。将含有稀土金属氧化物(Sm_2O_<3_<、Gd_2>O_<3>、La_<2>O_<3>等)或Y_<2>O<3>的氧化铈制备为固溶体，离子转移数采用电池法测定，电导率采用直流四探针法测定。在氧化铈固溶体中，氧离子迁移数约为1，氧离子电导率也远高于稳定化氧化锆。特别是，我们发现含有20at%Sm_2>O_3<的氧化铈固溶体具有最高的氧离子电导率。以氧化铈固溶体为电解质制作氢氧燃料电池，并在600~800℃下进行发电实验。由于氧化铈固体电解质具有高电导率，因此电池的内阻较低，并且与稳定氧化锆相比，获得了更高的电流密度和输出功率。然而，开路电压低于使用稳定氧化锆时的开路电压。这被认为是由于在燃料电极侧氧化铈从四价还原为三价。在样品表面涂覆一层抗还原的稳定氧化锆薄膜，抑制还原并提高电池的输出。此外，减薄固体电解质被认为是进一步降低固体电解质内阻、获得更高输出的一种途径。采用等离子喷涂法使用氧化铈固溶体制备薄膜燃料电池。与圆盘状样品相比，随着膜厚度的减小，热喷涂膜的内阻减小，因此电流-电压曲线的斜率变得更平缓，电流密度和输出都增加。如上所述，发现通过将氧化铈固溶体用作燃料电池中的电解质，可以实现高输出，此外，使膜变薄对于提高电池的输出是有效的。