Development of Solid Oxide Fuel Cells resistant for oxidation and reduction

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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。