低温作動型固形燃料電池用カーボンナノチューブ強化ナノ結晶セラミックス電解質の開発

用于低温运行固体燃料电池的碳纳米管增强纳米晶陶瓷电解质的开发

• 批准号: 08F08078
• 负责人: 小林 明
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08F08078/
• 关键词: 固形燃料電池; カーボンナノチューブ; ナノ結晶; セラミックス電解質; セリア; 低温作動; XRD; 固体燃料電池

本研究では、大阪大学独自のガストンネル型プラズマ溶射を用いて、カーボンナノチューブ(CNT)強化セラミックスコンポジットコーティングを作製し、その物性を明らかにするとともに、固体燃料電池(SOFC)用セラミックス電解質としての高機能化を行うことを目的としている。このため、本年度は以下の研究を行った。1.セリアナノ結晶溶射粉末、5%CNT入りセリア溶射粉末、10%CNT入りセリア溶射粉末の3種類をプラズマ溶射し、700-2100μmの膜厚のCNT強化セラミックスコンポジットコーティングを作製した。SEMによる観察の結果、それぞれの皮膜は、溶融部、未溶融部の2相構造をしており、小さなクラックが生じているがジルコニア皮膜と比較して気孔が少ない構造であることが明らかになった。また、比較のためプラズマ放電焼結によりCNT強化ナノ結晶セラミックスコンポジットの作製を行い、より緻密な焼結体を得ている。2.ナノ結晶セリア溶射粉末のXRDの結果では、キュービック相セリアのみ観測されたが、いずれのCNT強化セラミックスコンポジット皮膜においても結晶構造に変化がなく、モノクリニック相、メタステイブル相は生じていなかった。3.カーボンナノチューブ(CNT)セラミックスコンポジット皮膜は、CNTが2相構造皮膜の中に分散して存在しており、機械的強度改善の役割を果たすことが予測できる。4.SOFC電解質としての機能評価を行うため、これらの皮膜の電気抵抗率を測定した結果、温度上昇に対して、導電性が増すことが明らかになった。5.外部供給方式のガストンネルプラズマ溶射装置によるセリアナノ結晶コーティングの作製のための適正溶射条件について検討した。

在这项研究中，我们使用大阪大学专有的气体隧道等离子喷涂技术来制造碳纳米管（CNT）增强陶瓷复合涂层，阐明了它们的物理性能，并展示了它们作为固体燃料电池（SOFC）高效陶瓷电解质的潜力。使其发挥作用。为此，我们今年进行了以下研究。 1、采用等离子喷涂氧化铈纳米晶喷涂粉、含5%CNT的氧化铈喷涂粉和含10%CNT的氧化铈喷涂粉，制备了膜厚700-2100μm的CNT增强陶瓷复合涂层。 SEM观察的结果表明，各膜均具有熔融部分和未熔融部分的两相结构，尽管出现了小裂纹，但与氧化锆膜相比，其具有孔隙较少的结构。为了进行比较，通过等离子体放电烧结制备了CNT增强纳米晶陶瓷复合材料，并获得了更致密的烧结体。 2.纳米晶二氧化铈热喷涂粉末的XRD结果中，仅观察到立方相二氧化铈，但任何CNT增强陶瓷复合薄膜中的晶体结构均未发生变化，并且没有出现单斜相或亚稳相。 3、碳纳米管（CNT）陶瓷复合薄膜中，CNT分散在两相结构薄膜中，可望起到提高机械强度的作用。 4.为了评估SOFC电解质的功能，我们测量了这些薄膜的电阻率，发现它们的电导率随着温度的升高而增加。 5.研究了使用外供气体隧道等离子喷涂系统生产二氧化铈纳米晶体涂层的适当热喷涂条件。

项目成果

Development of Nanocrystalline YSZ Electrolyte for SOFC

SOFC用纳米晶YSZ电解质的研制

• 发表时间: 2009
• 作者: Yao Chen;A.Kobayashi
• 通讯作者: A.Kobayashi