固体酸化物形燃料電池電極における三相界面反応局所交換電流密度の導出

固体氧化物燃料电池电极三相界面反应局部交换电流密度的推导

基本信息

批准号：
16F16779
负责人：
鹿園直毅
金额：
$ 1.41万
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：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-11-07 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16779/
关键词：
燃料電池

项目摘要

SOFCの更なる高性能化・低コスト化・高信頼性を実現するためには，大電流密度化によるコンパクト化と，それに伴う劣化を抑制することが重要であり，そのためには基礎研究が必要不可欠である．特に，分極抵抗の大きな割合を占める電極の性能および信頼性の向上が求められている．本年度は導電性酸化物であるLa0.9Sr0.1Cr0.5Mn0.5O3（LSCM）と，混合導電性を示すGd0.1Ce0.9O2 (GDC)のコンポジット電極を対象とした研究を中心的に実施した．LSCM-GDC電極の焼成温度を変化させた際に，1200℃での性能が最もよくなることがわかった．これはある程度の高温でないと焼結が不十分なため，粒子の連結が弱くなる一方で，より高温になると元素の拡散と反応により不活性相が生じるためである．また，スクリーン印刷の回数を変更することで，最適な電極厚みを検討した．交流インピーダンス法により分極特性を測定したところ，約１５ミクロン以上の電極厚みで分極抵抗がほぼ飽和した．このことから，LSCM-GDCコンポジット電極の有効反応厚みは１５ミクロン程度以下であることがわかった．また，LSCM－GDC電極の混合割合を変化させて分極抵抗を測定したところ，最適なLSCM-GDC組成があることがわかった．これはGDC単体の構造の不安定性も寄与していると考えられ，最適組成はより安定な構造を実現できれば変わる可能性がある．今後，詳細な微細構造分析を行い，反応機構の解明を行う．

为了实现更高的性能，较低的成本和更高的SOFC可靠性，由于电流密度较大而降低紧凑性并抑制所得的恶化非常重要，而基础研究对此至关重要。特别是，有必要提高电极的性能和可靠性，这占极化电阻的很大比例。今年，我们专注于对LA0.9SR0.1CR0.5MN0.5O3（LSCM），导电氧化导电和GD0.1CE0.9O2（GDC）的复合电极的研究，这些电导电极表现出混合电导率。发现当LSCM-GDC电极的发射温度变化时，在1200°C下的性能是最好的。这是因为烧结是不足的，除非它处于一定的高温下，虽然颗粒的连接变得较弱，但在较高温度下，由于元素的扩散和反应而产生惰性相。此外，通过更改丝网印刷的数量，我们研究了最佳电极厚度。当使用交流阻抗方法测量极化特性时，极化电阻几乎被大约15微米或更多的电极厚度饱和。这表明LSCM-GDC复合电极的有效反应厚度小于15微米。此外，当通过改变LSCM-GDC电极的混合比测量极化性时，发现存在最佳的LSCM-GDC组成。这被认为是由于仅GDC结构的不稳定性，并且如果可以实现更稳定的结构，则最佳组成可能会改变。将来，将进行详细的微观结构分析以阐明反应机制。