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

基本信息

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

proton conductor lanthanum tungstate solid oxide fuel cell leak current anode-supported cell hole conduction multi layered electrolyte

项目摘要

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。

为了合成新的质子电子混合导电材料并开发高效的再生燃料电池系统，在2018年的第一年，我们开发了高度质子电导性电解质材料，并开发了异质连接，目的是抑制由于泄漏电流导致的效率下降。我们已经开发了一种具有非玻璃盐结构的灯笼式（LCO）的高质子导电材料。高度质子导电材料的开发有望应用于高度质子 - 电子混合的导电材料，这对于实现高效的再生燃料电池系统是必不可少的。合成了LCO的LA/CE比不同的样品，并确认相位状态并测量电导率。结果，具有LA：CE = 2.6：1.4（LCO26）的样品在单相中合成，当LA的量增加时，氧化灯笼被证实是杂质。关于电导率，在单相合成样品中观察到LA量的增加观察到电导率的增加，并且使用LCO26观察到最高的电导率。使用上面开发的LCO26制成的异源连接的电解质和我们一直在研究的灯笼钨（LWO67）（LWO67），并研究了抑制界面处泄漏电流的效果。在质子导电材料中，由于孔的传导是较小的载体而产生的泄漏电流，并且担心燃料电池的总体效率将降低。我们先前的研究表明，LWO67是一种既具有高质子电导率又具有低孔电导率的材料，并且可以预计，当与其他质子电导率材料结合使用时，它将用作抑制层的孔电导率。使用多层电解质电池进行电动力测量，其中LWO67与LCO26结合使用，并且与使用LCO26用作电解质的细胞相比，观察到较高的电动力，表明在多层电解质电解质界面处可能已抑制泄漏电流。将来，通过更改要多层的材料组合来提高性能。