新規プロトン・電子混合伝導性材料の合成と高効率再生形燃料電池システムの開発

新型质子/电子混合导电材料的合成及高效再生燃料电池系统的开发

• 批准号: 18J13401
• 负责人: 小城 元
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J13401/
• 关键词: proton conductor; lanthanum tungstate; solid oxide fuel cell; leak current; anode-supported cell; hole conduction; multi layered electrolyte

新規プロトン・電子混合伝導性材料の合成と高効率再生形燃料電池システムの開発を目的とし、初年度の平成30年度は高プロトン伝導性電解質材料の開発と、リーク電流による効率低下抑制を目指した異種接合体の開発を行った。非ペロブスカイト型構造を有するセリウム酸ランタン(LCO)を対象とし、高プロトン伝導性材料の開発を行った。高プロトン伝導性材料の開発は、高効率再生形燃料電池システムの実現に必要な高プロトン・電子混合伝導性材料への応用が期待されるものである。LCOについてLa/Ce比を変えた試料を合成し、相状態の確認と導電率測定を行った。その結果、La:Ce=2.6:1.4(LCO26)の試料までは単相で合成され、さらにLa量が増えると酸化ランタンが不純物として確認された。導電率については、単相合成された試料ではLa量の増加とともに導電率の上昇が確認され、LCO26で最も高い導電率を観測した。上記で開発されたLCO26と、筆者らがこれまで研究対象としてきたタングステン酸ランタン(LWO67)を用いた異種接合体による電解質を作製し、その界面におけるリーク電流抑制効果の検討を行った。プロトン伝導性材料中ではマイナーキャリアであるホールの伝導によってリーク電流が発生し、燃料電池全体の効率低下が懸念されている。LWO67は高プロトン伝導性と低ホール伝導性を併せ持つ材料であることが筆者らのこれまでの研究から明らかになっており、他のプロトン伝導性材料と組み合わせることでホール伝導抑制層として機能することが期待される。LWO67をLCO26を組み合わせた多層電解質セルを用いて起電力測定を行った結果、LCO26のみを電解質として用いたセルと比較して高い起電力が観測され、多層電解質界面でリーク電流が抑制された可能性が示された。今後、多層化する材料の組み合わせを変えることで性能の向上が期待される。

目标是合成新型质子/电子混合导电材料并开发高效的再生燃料电池系统。第一年，即2018财年，旨在开发高质子导电电解质材料并抑制由于漏电流而导致的效率下降。发达。我们开发了一种高质子传导材料，用于铈酸镧（LCO），它具有非钙钛矿结构。高质子导电材料的开发有望应用于实现高效再生燃料电池系统所需的高质子和电子混合导电材料。我们合成了不同La/Ce比例的LCO样品，并确认了相态并测量了电导率。结果，以单相合成了直至La:Ce=2.6:1.4（LCO26）的样品，并且随着La量进一步增加，氧化镧被确认为杂质。关于电导率，证实单相合成样品中电导率随着La量的增加而增加，并且观察到LCO26的电导率最高。我们使用上述开发的LCO26和迄今为止我们研究的主题钨酸镧（LWO67）制作了具有杂合体的电解质，并研究了界面处的漏电流抑制效果。在质子传导材料中，由于作为次要载流子的空穴的传导而产生漏电流，并且担心整个燃料电池的效率会降低。作者前期的研究表明，LWO67是一种兼具高质子传导率和低空穴传导率的材料，与其他质子传导材料结合时有望起到空穴传导抑制层的作用。使用组合LWO67和LCO26的多层电解质电池测量电动势的结果是，与仅使用LCO26作为电解质的电池相比，观察到更高的电动势，表明在多层电解质界面处漏电流被抑制。未来，有望通过改变多层材料的组合来提高性能。

项目成果

電解質多層化によるプロトン伝導性固体酸化物形燃料電池の高効率化の検討

多层电解质提高质子传导固体氧化物燃料电池效率的研究

• 发表时间: 2019
• 作者: 小城 元;松尾 拓紀;松崎 良雄;大友 順一郎
• 通讯作者: 大友 順一郎

プロトン伝導性中温作動燃料電池における輸送特性の発電効率に与える影響

质子传导中温燃料电池输运特性对发电效率的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: 小城 元;松崎 良雄;松尾 拓紀;大友 順一郎
• 通讯作者: 大友 順一郎

Fabrication and electrochemical performance of anode-supported solid oxide fuel cells based on proton-conducting lanthanum tungstate thin electrolyte

• DOI: 10.1016/j.ssi.2019.04.015
• 发表时间: 2019-09
• 期刊: Solid State Ionics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Gen Kojo;Xiaochu Wei;Y. Matsuzaki;Hiroki Matsuo;K. Hellgardt;J. Otomo

Fabrication and evaluation of electrode-supported type fuel cells with proton−conducting lanthanum tungstate

电极支撑型质子燃料电池的制备与评价

• 发表时间: 2018
• 作者: Hiroki Matsuo;Gen Kojo;Yoshio Matsuzaki;Junichiro Otomo
• 通讯作者: Junichiro Otomo

タングステン酸ランタンを用いたプロトン伝導性電極支持型燃料電池の中間層が発電性能に与える影響

钨酸镧质子传导电极支撑燃料电池中间层对发电性能的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: 小城 元;松崎 良雄;松尾 拓紀;大友 順一郎
• 通讯作者: 大友 順一郎