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Applicability of group 4 oxides to oxygen reduction electrocatalysts for protonic-conducting ceramic fuel cells operated at intermediate temperature

4族氧化物对中温质子传导陶瓷燃料电池氧还原电催化剂的适用性

基本信息

批准号：
21K05257
负责人：
石原顕光
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05257/
关键词：
中温型燃料電池酸素還元触媒溶融硫酸水素塩 4族酸化物

项目摘要

昨年度は、中温域での酸素還元触媒能の評価のために、プロトン伝導性電解液として、硫酸水素ナトリウムと硫酸水素カリウムの共晶塩に注目し、共晶塩電解質を用いた。貴金属材料は評価できたので、引き続き、酸化物材料の共晶塩電解質中での電気化学評価を試みたところ、溶媒和の効果により、酸化物が徐々に溶解し、不安定であることがわかった。貴金属と異なり、酸化物の場合、電解質中での溶解により、有効電気化学表面積などの電気化学特性が変化するため、正確な酸素還元触媒能の評価が困難であることがわかった。最終的な実用化を考えた場合、安定性は必須となる。そこで、プロトン伝導セラミクスと電極触媒候補となる材料と混合し、目的である350℃付近よりも高い400℃で100時間保持することにより、複合化や分解などの進行の可能性を検討した。判断は、X線回折を用いて、熱処理により新たな結晶相が生じているかどうかを確かめた。プロトン伝導セラミクスとして、400℃以下でも、良好なプロトン伝導性を示すリチウム・ゲルマニウム・亜鉛複合酸化物を用いた。触媒候補材料として、20種類の貴金属及び酸化物を評価した。酸化ニオブと酸化鉄の場合に、新たな結晶相の生成が観察され、これら二つの酸化物はリチウム・ゲルマニウム・亜鉛複合酸化物と反応するが、他の大多数の貴金属や酸化物は、安定に存在することがわかった。最終目標は、酸化チタンや酸化ジルコニウムを触媒として用いることであるが、それらは電子伝導性に乏しく、電解質セラミクスとの複合化による、有効表面積の増大(いわゆる3相界面の形成)は容易ではない。そこで、まずは触媒として、電子伝導性酸化物である酸化イリジウムや酸化ルテニウムを用いることとして、中温域でのプロトン伝導セラミクスを用いた電気化学セルの作製を行った。次年度はそのセルを用いて、実際の作動状況を模擬した電気化学評価を実施する。

In the past year, the evaluation of acid reduction catalyst performance in the intermediate temperature range has been focused on the use of conductive electrolyte, sulfate and eutectic electrolyte. Precious metal materials are evaluated in terms of their properties and properties. Electrochemical evaluation in eutectic electrolyte of acid materials is tested in terms of their properties and properties. Acid materials are dissolved and unstable. Precious metals, acid compounds, dissolution in electrolytes, electrochemical surface area, electrochemical properties, and evaluation of acid reduction catalyst performance are difficult. The ultimate use of the test situation, stability must be To investigate the possibility of recombination and decomposition of electrode catalyst candidate materials, mixing, and purpose at 350℃, or holding at 400℃ for 100 hours. Judgment, X-ray reflection, heat treatment, new crystal phase generation, accurate. The temperature is below 400℃, and the conductivity is good. The evaluation of catalyst candidate materials includes 20 kinds of noble metals and acids. In the case of acidified iron, the formation of new crystalline phases has been observed. Most of the other precious metals and acidified compounds exist in the presence of lead complex acidified compounds. The ultimate goal is to increase the surface area of the catalyst by increasing the conductivity of the electrolyte and increasing the surface area of the electrolyte. The process of preparing electro-chemical compounds in the medium temperature range can be carried out by using a catalyst or an electron-conducting acidifier. In the next year, electrical and chemical evaluations will be carried out in situ to simulate actual operating conditions.