セル面メゾ構造制御による固体酸化物形燃料電池の発電密度向上

通过控制电池表面介观结构提高固体氧化物燃料电池的发电密度

基本信息

批准号：
18760147
负责人：
岩井裕
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

高温型燃料電池のひとつである固体酸化物形燃料電池において,電極微細構造よりは大きくかつセル構造の代表寸法より小さいスケール(メゾスケール)でセル表面に凹凸部を設け,その形状を制御することで発電面を高密度化し電池性能を向上させることを提案し,メゾ凹凸構造の影響を実験的に明らかにするとともに,解析的にその効果の裏づけを示すこと,また系統的な数値解析を行うことで有効なメゾ構造についての指標を得ることを目的として研究を行った.具体的には,メゾ凹凸構造をもつセルを自作し単セルに対する発電実験を行い,セルの特性をi-V測定やインピーダンス計測により評価し,得られた結果を凹凸のない通常のセルの実験結果と比較することで,セル面のメゾ構造を制御することの効果を明らかにした.セルの個体差に起因する性能差を,メゾ構造による性能差と区分するため,分割電極を用いる評価方法を独自に開発し適用した.その結果,電解質への溝加工により電極-電解質界面面積を約60%増加させた場合に,溝加工を施さない通常セルに比して20〜30%の出力の向上が得られることを確認した.また,メゾ凹凸構造をもつセルについて,イオン伝導,電子伝導,多孔質電極内のガス拡散,電気化学反応等を考慮に入れてモデル化し,2次元数値解析を行うことにより,単セル性能に及ぼす上記メゾ凹凸構造の影響を検討した.その結果,多孔質電極で進行する電気化学反応は電極に一様に分布しているわけではなく,電極-電解質界面極近傍で集中的に生じており,上記メゾ凹凸構造の導入で見かけの電流密度が増加することはこれに因っていることが明らかとなった.

在固体氧化物燃料电池中，高温燃料电池之一，我们提出，在细胞表面上以比细胞结构（中尺度）（中尺度）的代表性尺寸（Messoscale）更大的尺度上提供了不平衡，并且通过控制其形状，我们通过实验来通过实验阐明Mesoconx结构的效果来增加电池的性能，从而使电池性能提高电池的性能。数值分析。具体而言，我们创建了一个具有中孔VEX结构的细胞，并在单个细胞上进行了发电实验，通过I-V测量和阻抗测量评估了细胞特性，并将获得的结果与正常细胞的实验结果进行了比较，并揭示了控制细胞表面的Mesoconvex结构的效果。为了将性能差异与中介质结构引起的性能差异分开，我们使用拆分电极独立开发了一种评估方法。结果，我们证实，当电极处理通过凹槽处理时电极 - 电解质界面面积增加了约60％时，与没有凹槽处理的正常细胞相比，输出的提高20-30％。此外，对于具有内索不平衡结构的细胞，我们考虑了离子传导，电子传导，多孔电极内的气体扩散，电化学反应等，并进行了二维数值分析，以检查中含量不平均结构对单细胞性能的影响。结果，揭示了在多孔电极上进展的电化学反应并不均匀地分布在电极中，而是集中在电极 - 电解质界面电极的附近，并且当引入MESO不合能的结构时，明显的电流密度增加。