ランタンシリケートセラミックス電解質と電極界面の改善によるSOFC特性向上

通过改善硅酸镧陶瓷电解质和电极界面来改善SOFC特性

基本信息

批准号：
22K04693
负责人：
中山享
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Niihama National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

５００℃での導電率が０．０１３Ｓ・ｃｍ－１を示す無配向ランタンシリケートセラミックスおよび５００℃での導電率が０．０３３Ｓ・ｃｍ－１を示すｃ軸配向ランタンシリケートセラミックスを電解質材料に用いた。電極（拡散層）接合面のランタンシリケートセラミックス電解質の表面粗さＲａとＳＯＦＣ最高発電出力の関係を調べた。無配向セラミックスおよびｃ軸配向セラミックス共に電解質の厚みは、１ｍｍとした。電解質／電極の緩衝層は、スピンコーターにより塗布・焼付で設けた（ＣｅＯ２）０．８（Ｓｍ２Ｏ３）０．２膜を設けた。カソードおよびアノード電極共に、ＤＣスパッタを用いて成膜しＰｔ膜を設けた。電極（拡散層）接合面の電解質の表面粗さＲａは、１０ｎｍおよび３００ｎｍの２種類とした。３％－Ｈ２（Ａｒバランス）とＡｉｒを用いて、５００℃での電解質支持型ＳＯＦＣ単セルの発電最高出力を測定した。電解質に無配向セラミックスを用いた場合、電解質の表面粗さＲａが１０ｎｍの場合は８ｍＷ・ｃｍ－２、３００ｎｍの場合は５ｍＷ・ｃｍ－２であった。一方、電解質にｃ軸配向セラミックスを用いた場合、電解質の表面粗さＲａが１０ｎｍの場合は７０ｍＷ・ｃｍ－２、３００ｎｍの場合は５０ｍＷ・ｃｍ－２であった。無配向セラミックスおよびｃ軸配向セラミックス共に、電解質の表面粗さＲａが小さいと発電最高出力が高くなっており、当初の予想どおりの結果が得られた。

采用500℃电导率0.013Scm的无取向硅酸镧陶瓷和500℃电导率0.033Scm的c轴取向硅酸镧陶瓷作为电解质材料。研究了电极(扩散层)接合面的硅酸镧陶瓷电解质的表面粗糙度Ra与SOFC最大发电输出的关系。对于无取向陶瓷和c轴取向陶瓷，电解质的厚度均为1mm。电解质/电极缓冲层是使用旋涂机通过涂布和烘烤形成的(CeO 2 ) 0.8 (Sm 2 O 3 ) 0.2 膜。使用DC溅射形成阴极和阳极电极以提供Pt膜。电极(扩散层)接合面的电解质的表面粗糙度Ra设定为10nm和300nm两种。使用3%-H2（Ar平衡）和空气，测量了电解质支持的SOFC单电池在500℃下的最大发电输出。当使用无取向陶瓷作为电解质时，当电解质的表面粗糙度Ra为10nm时，其为8mW·cm-2，而当电解质的表面粗糙度Ra为300nm时，其为5mW·cm-2。另一方面，当使用c轴取向陶瓷作为电解质时，当电解质的表面粗糙度Ra为10nm时，其为70mW·cm-2，而当电解质的表面粗糙度Ra为10nm时，其为50mW·cm-2。电解质为300 nm。无论是无取向陶瓷还是c轴取向陶瓷，当电解液表面粗糙度Ra越小时，最大发电输出就越高，结果与一开始的预期一致。