Design of novel proton-conducting solid oxide fuel cells and proposal of a comprehensive evaluation method considering environmental impacts

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昨年度実施したプロトン伝導性セラミック燃料電池（Protonic Ceramic Fuel Cells, PCFCs）モジュールの製造プロセス設計に引き続き、メタンを燃料とした5 kW (AC) 規模発電システムの構築を実施した。評価の結果、外部取出し電流に対するリーク電流率ならびにセル電圧について、70%を超えるような高いシステム効率の達成に要求されるセルの開発指針を見出した。これらの結果を踏まえ、輸送特性改善を目的とした電解質積層型セルを検討し、パルスレーザー堆積法(PLD)によるコンセプトセルを作製した。一例として、低電子伝導性のBZY20（BaZr0.8Y0.2O3－δ）にBZCYYb1711（BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3－δ）が挙げられる。以上に加え、固体酸化物形電解セル (Solid Oxide Electrolyzer Cells、SOECs)による水素ステーションの技術経済性分析についても昨年度より継続して検討した。300Nm3/h-H2の設備規模を想定し、現状の設備コスト約6億円から、将来の目標設備コスト２―３億円へ至る技術要請について議論した。工事費削減のためのパッケージ型ステーションや、セル電解質の薄膜化ならびに蓄圧器の改善によって上記が達成可能であることが示唆された。環境影響評価についても、これまで構築した製造プロセスに対して排出原単位を考慮することで定量化の見通しが立っている。以上から、技術経済性分析に基づくセル設計手法の開発は、PCFCセルに加え、発電システム設計やSOECによる水電解に至るまで、当初の予定を超えて幅広い進展があった。