固体酸化物形燃料電池の構成材料の開発と電極反応解析

固体氧化物燃料电池构成材料的开发及电极反应分析

• 批准号: 21F20736
• 负责人: 松井 敏明
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F20736/
• 关键词: 空気極; プロトン伝導セラミック燃料; 混合伝導体; プロトン伝導セラミック燃料電池

酸素還元反応の向上には、ガス／イオン伝導体／電子伝導体が接する三相界面の増加や、イオン－電子混合伝導体を用いた反応場の拡大が有効である。BaCe0.5Pr0.3Y0.2O3-δ（BCPY）はプロトン・酸化物イオン・電子の混合伝導体であることが知られているが、BCPYの低い酸素還元反応（ORR）活性が問題となっている。そこで、BCPYへ高活性触媒を含浸することで、そのORR活性の向上を試みた。これまでに、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3表面上にPrNi0.5Mn0.5O3とPrOxナノ粒子の薄層を形成することでORR活性と安定性が大幅に向上することが報告されている。さらに、PrOxナノ粒子は、高濃度の酸素空孔を介してORR速度を劇的に向上させる可能性があることが示唆されている。また、酸化物イオン伝導体を電解質とした固体酸化物形燃料電池の高活性な空気極触媒であるPrCoO3において、Coの一部をNiに置換するとプロトン伝導の移動障壁が減少し、プロトン伝導性が向上することが報告されている。そこで今年度は、Pr(Ni,Mn)O3およびPr(Ni,Co)O3を含浸法によりコーティングしたBCPY複合空気極材料を開発し、そのORR活性や物性の評価を実施した。その結果、適量のPr(Ni,Co)O3を含浸すると性能が向上するとともに、CO2耐性の向上も確認された。修飾電極の高いORR活性は、主にBCPY担体とPNCナノ粒子の相乗効果に起因し、PNCナノ粒子は表面の酸素交換と水蒸気の吸脱着を促進すると考えられた。また、PNC修飾BCPYカソードを用いた単セルでは、700℃において0.79 W cm-2の高いピーク出力密度を示し、600℃で200時間の安定動作が可能であった。

A three-phase interface is formed between an upward-facing, upward-facing, upward-facing, BaCe0.5Pr0.3Y0.2O3-δ (BCPY) is a mixed conductor of acids and electrons, and BCPY is a low acid and low element reaction (ORR) activity. BCPY is a highly active catalyst. A thin layer of PrNi0.5Mn0.5O3 and PrOx particles was formed on the La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 surface. The ORR activity and stability increased significantly. In addition, PrOx particles are highly concentrated in the pores of the ORR. High activity air electrode catalyst for solid acid fuel cells with electrolyte, acidizing agent, conductor, and Ni substitution for PrCoO3, Co and Ni. In this year, Pr(Ni,Mn)O3 and Pr (Ni,Co)O3 are included in the impregnation method. The development of BCPY composite air electrode materials, the evaluation of ORR activity and physical properties are carried out. The results show that the proper amount of Pr(Ni,Co)O3 can be used to improve the performance and CO2 tolerance. The high ORR activity of the modified electrode, the main BCPY support and the PNC particle phase interaction, the PNC particle surface acid exchange and the water vapor adsorption and desorption are discussed. PNC modified BCPY can be used in high power density of 0.79 W cm-2 at 700℃ and stable operation at 600℃ for 200 hours.

项目成果

Effectively Enhanced Oxygen Reduction Activity and Stability of Triple-conducting Composite Cathodes by Strongly Interacting Interfaces for Protonic Ceramic Fuel Cells

通过强相互作用界面有效增强质子陶瓷燃料电池三导复合阴极的氧还原活性和稳定性

• DOI: 10.1016/j.cej.2023.142056
• 发表时间: 2023
• 期刊: Chemical Engineering Journal
• 影响因子: 15.1
• 作者: Wenwen Zhang;Hiroki Muroyama;Yuichi Mikami;Qingshi Liu;Xiaojuan Liu;Toshiaki Matsui;Koichi Eguchi
• 通讯作者: Koichi Eguchi

Changchun Institute of Applied Chemistry(中国)

长春应用化学研究所（中国）