新規酸化物イオン伝導体を用いた新たな固体電解質型燃料電池の開発

使用新型氧化物离子导体开发新型固体电解质燃料电池

• 批准号: 13750659
• 负责人: 柿沼 克良
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Kanagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750659/
• 关键词: 酸化物イオン伝導体; 固体電解質; 燃料電池; 熱膨張; ペロブスカイト構造; (Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>; ペロブスカイト型酸化物; 酸化物イオン伝導度; 単位格子自由空間; 結晶構造; 固体電解質型燃料電池; 対称性; 格子欠陥

(1)安定化ジルコニアのイオン伝導度を超える新規酸化物イオン伝導体の創製高温でペロブスカイト型構造を有するBa_2In_2O_5をベースとして、それにLa, Srを置換固溶することで安定化ジルコニアの酸化物イオン伝導度を超える(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>を創製した。これにより、固体電解質型燃料電池における低温作動化の可能性を開いた。(2)イオン伝導の支配因子の解明(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>に様々なイオンを置換固溶させそのイオン伝導度の変化を明らかにして、その伝導度が酸素量、単位格子自由空間、結晶対称性に依存することを明らかにした。(3)新規酸化物イオン伝導体及び電極材料の熱膨張率測定及び界面での反応性の確認(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>及び燃料電池のカソード材料侯補(La_<1-x>Sr_x)MO_<3-δ>(M=遷移金属)の熱膨張率を測定し、各熱膨張率は電気伝導度と密接に関連していることを発見すると共に、(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>のそれとほぼ近いカソード材料を特定した。更に、(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>とカソード候補材料との界面反応性について検討し1000℃までは互いに反応しないことを確認した。(4)新規酸化物イオン伝導体を用いた固体電解質型燃料電池の作製及び発電試験固体電解質に(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>カソードに上記の候補材料、アノードにNiを用いて固体電解質型燃料電池を作製し800℃における発電に成功した。最大電流密度2.5(A/cm^2)、最大電流密度0.54(W/cm^2)であり、この値は同様に実験した安定化ジルコニアの場合に比べ高いことが判明した。

（1）创建超过稳定氧化锆离子电导率的新型氧化物离子导体以高温下具有钙钛矿结构的Ba_2In_2O_5为基础，通过取代并溶解La和Sr来创建稳定氧化锆的氧化物离子。生成了电导率超过(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>的(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)。这开启了固体氧化物燃料电池低温运行的可能性。 (2)离子电导率控制因素的阐明 (Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y) InO_<3-δ>被各种离子作为固溶体取代，并且阐明了离子电导率的变化。它取决于数量、晶胞自由空间和晶体对称性。 (3)新型氧化物离子导体和电极材料的热膨胀系数测量以及界面反应性的确认(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>与燃料电池正极材料候选(La_<1-x) >Sr_x)MO_<3 -δ>(M=过渡金属) 并发现各个热膨胀系数与电导率密切相关，还发现 (Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3 我们鉴定出与此几乎相似的正极材料-δ>。此外，我们研究了(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)InO_<3-δ>与正极候选材料之间的界面反应性，并证实它们在1000℃以下不会发生反应。 （4）采用新型氧化物离子导体（Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y）InO_<3-δ>为固体电解质，上述候选材料为阴极，Ni为阳极的固体电解质燃料电池的制作及发电测试利用该技术制造了固体电解质燃料电池，并成功在800℃下发电。最大电流密度为2.5（A/cm^2），最大电流密度为0.54（W/cm^2），在类似实验中发现高于稳定氧化锆的电流密度。

项目成果

K.Kakinuma, H.Yamamura, H.Haneda, T.Atake: "Oxide-ion conductivity of (Ba_<1-x>La_x)_2In_2O_<5+x> system based on brownmillerite structure"Solid State Ionics. 140. 301-306 (2001)

K.Kakinuma、H.Yamamura、H.Haneda、T.Atake：“基于褐针石结构的 (Ba_<1-x>La_x)_2In_2O_<5x> 体系的氧化物离子电导率”固态离子学。

H.Yamamura, E.Katoh, K.Kakinuma: "Electrical conductivity in Rare-earth Cation Co-doped Ceria Solid-Solution Systems"J. Ceram. Soc. Jpn.. 110[11]. 1021-1024 (2002)

H.Yamamura、E.Katoh、K.Kakinuma：“稀土阳离子共掺杂二氧化铈固溶体体系中的电导率”J。

山村博, 岩原 弘育編 柿沼 克良 他: "材料開発における結晶格子欠陥とその応用"IPC(アイピーシー). 571 (2002)

Hiroshi Yamamura、Hiroiku Iwahara、K. Kakinuma 等人：“晶格缺陷及其​​在材料开发中的应用”IPC 571 (2002)。

H.Yamamura, H.Nishino, K.Kakinuma, K.Nomura: "Electrical conductivity anomaly around fluorite-pyrochlore phase boundary"Solid State Ionics. 158. 359-365 (2003)

H.Yamamura、H.Nishino、K.Kakinuma、K.Nomura：“萤石-烧绿石相界周围的电导率异常”固态离子学。

K.Kakinuma, H.Yamamura, H.Haneda, T.Atake: "Oxide-ion conductivity of the Perovskite-type solid-solution system, (Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)_2In_2O_<5+y>"Solid State Ionics. 154-155. 571-576 (2002)

K.Kakinuma、H.Yamamura、H.Haneda、T.Atake：“钙钛矿型固溶体体系的氧离子电导率，(Ba_<1-x-y>Sr_xLa_y)_2In_2O_<5 y>”固态离子学。