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Development of Solid Oxide Fuel Cells resistant for oxidation and reduction

抗氧化和还原的固体氧化物燃料电池的开发

基本信息

批准号：
20K15392
负责人：
山口真平
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、①燃料極支持セルの作製、②NiAl2O4、NiO、ならびにYSZから成る成型体を還元した燃料極（NAO-NiO-YSZ）の構造解析、③繰り返し酸化・還元後の燃料極の電気化学特性評価、④Fe-Mg系スピネル酸化物の材料合成と還元特性の評価、ならびに⑤実用サイズセルを用いた電気化学特性評価を行った。①NiO、ScSZ粉末に増孔剤、可塑剤、樹脂バインダーを用いて粒子調製し、加熱圧粉成型により燃料極および電解質を一体成型した。完成セルの電気化学特性は、電解質の厚みが同程度のセルと比較して高い性能が明らかとなった。②NAO-NiO-YSZを繰り返し酸化・還元し、還元後の燃料極の断面をFIB-SEMにより観察した。還元状態では、数nm～数十nmのNi粒子が生成しているのに対し、酸化状態では、Ni粒子は数µm程度のサイズのNiAl2O4に取り込まれて存在していることが明らかとなった。③NAO-NiO-YSZを繰り返し酸化・還元し、燃料極の電気化学特性を詳細に解析したところ、酸化・還元を繰り返しても交換電流密度がほとんど変化しないことが明らかとなった。NAOがNiO-YSZの安定性に寄与している可能性が示唆された。④ゾルゲル法によりFe-Mg系のスピネル酸化物（MFO）を合成した。MFOに含まれるMgFe2O4から還元されたFeは、750℃の水蒸気と接触することでほぼ全て酸化した。また、同様の手法により単一プロセスでナノサイズのNiO-YSZの複合粉末が合成できることが明らかとなった。⑤100mm角の実用サイズの単セルスタックを用いて、バイオマスのガス化ガスにおける50%以上の高燃料利用率での電気化学特性を評価することで、実用的なスタックやシステムの熱効率を予測する手法を検討した。

This year, the following items were carried out: (1) Fabrication of fuel electrode support materials;(2) Structural analysis of NiAl2O4, NiO, YSZ formed compact fuel electrode (NAO-NiO-YSZ);(3) Evaluation of electrochemical characteristics of fuel electrode after acidification and reduction;(4) Evaluation of electrochemical characteristics of Fe-Mg system fuel electrode; and (5) Evaluation of electrochemical characteristics of Fe-Mg system fuel electrode. 1. NiO, ScSZ powder, porous agent, plastic agent, resin powder, particle preparation, heat pressure powder molding, fuel electrode and electrolyte are integrally molded. Complete the electrical and chemical characteristics of the electrolyte, the thickness of the electrolyte and the degree of comparison. 2. NAO-NiO-YSZ fuel electrode cross-section was observed by FIB-SEM. Ni particles of several nm to tens of nm are generated in the state of reduction, and Ni particles of m degree exist in the state of acidification. 3. NAO-NiO-YSZ has been analyzed in detail for the electrochemical characteristics of the fuel electrode. The stability of NAO NiO-YSZ is related to the possibility of corrosion. 4. The synthesis of Fe-Mg-based organic compounds (MFO) MFO contains MgFe2O4, which is also called Fe, and is fully acidified by water vapor at 750℃. NiO-YSZ composite powder is synthesized by the same method. (5) Evaluation of electrochemical properties for high fuel efficiency of more than 50% in 100mm angle of practical use, and discussion of methods for predicting thermal efficiency of practical use.