低温作動固体酸化物形燃料電池用空気極の反応機構の解明

阐明低温运行固体氧化物燃料电池空气电极的反应机理

基本信息

批准号：
13F03064
负责人：
雨澤浩史
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13F03064/
关键词：
固体酸化物形燃料電池空気極酸素不定比性空気極材料

项目摘要

今年度はSr3Fe2O7の酸素量変化が電子伝導特性および結晶構造に与える影響を評価した。これは固体酸化物形燃料電池の空気極がさらされる雰囲気や運転条件で、空気極材料の物性がどのように変化するかを検討するうえで必要不可欠な知見である。また材料の電気化学特性向上を目標に、異種元素添加の影響も評価した。熱重量測定、クーロン滴定、導電率測定は実際の燃料電池が動作する600～800℃で測定を行った。また任意の温度・酸素粉圧における結晶構造をIn-situ XRD測定により評価した。酸素欠陥種が生成することによる結晶格子の変形は他の不定批正材料でも報告されているが、この現象をデバイス設計に反映しないと、深刻な劣化・破壊がもたらされることが懸念される。そのため、任意の条件における結晶構造を明らかにすることは高信頼性の燃料電池システムを構築するうえで必要不可欠な知見である。Sr3Fe2O7の主要な電子伝導キャリアはホールであることが確認できた。酸素分圧変化による電子伝導性の変化は欠陥化学的に予想される挙動と一致した。また、Sr3Fe2O7はある程度の電子伝導性および可動酸素欠陥種を有していることから、酸化物イオン-電子の混合導電性を示すことが示唆された。混合伝導性は、高性能は空気極材料のに必要とされる特性の一つである。酸素量変化による結晶格子の変化は、通常の不定批正酸化物で報告されているものとは異なる挙動を示すことが明らかになった。これは非常に興味深い実験結果であり、Sr3Fe2O7の層状構造に由来するものであることが予想される。今後さらに変形機構を検討する必要があると考えている。また昨年度まで得られていた実験結果をまとめ、査読有論文1報、国際学会発表2件、国内学会発表2件の成果を上げた。

今年，我们评估了SR3FE2O7中氧含量变化对电子电导率特性和晶体结构的影响。这是研究阴极材料在大气和操作条件下如何改变固体氧化物燃料电池的阴极中的物理特性的基本知识。此外，为了改善材料的电化学性能，还评估了添加不同元素的效果。在600-800°C进行热重测量，库仑滴定和电导率测量，并在实际燃料电池进行操作。此外，通过原位XRD测量评估了任何温度和氧气压力下的晶体结构。在其他不确定的关键材料中也报道了由氧缺陷物种形成引起的晶格的变形，但人们担心如果这种现象未反映在设备设计中，则会发生严重的降低和破坏。因此，在任何条件下阐明晶体结构对于建立高度可靠的燃料电池系统至关重要。已确认SR3FE2O7的主要电子传导载体是一个孔。由于氧部分压力变化而导致的电子电导率变化与缺陷化学物质的预期行为一致。此外，由于SR3FE2O7具有一定程度的电子电导率和可移动的氧缺陷物种，因此建议它表现出氧化物离子电子的混合电导率。混合电导率是阴极材料（高性能）所需的特性之一。已经发现，由于氧气含量的变化而导致的晶格的变化与普通，不确定的关键氧化物中报道的变化不同。这是一个非常有趣的实验结果，预计将源自SR3FE2O7的分层结构。我们认为，将来需要进一步考虑变形机制。还已经汇编了到去年获得的实验结果，并从一份同行评审的论文，两次国际会议上的两次演讲以及两次在国内会议上的演讲中获得了结果。