Lowering operation temperatures of protonic ceramic fuel cells by proton-pumping effects

通过质子泵浦效应降低质子陶瓷燃料电池的工作温度

• 批准号: 21H02035
• 负责人: 青木 芳尚
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-21H02035/
• 关键词: プロトン伝導体; プロトン; 燃料電池; 駆動用燃料電池; プロトン固体酸化物セル; 水素透過; プロトンポンピング

水素透過膜支持型燃料電池(HMFC)は水透過合金/電解質膜－ヘテロ界面での酸化物イオンブロッキングにより発現するプロトンポンピング効果を発現し、高い出力を生むことが知られている。水素透過膜支持型燃料電池(HMFC)における、プロトンポンピング効果の最大化を目標に以下の検討を行った。第一に電解質酸化物の酸素欠損量がプロトンポンピングに及ぼす影響を実証するために，高酸素欠損量をもつBaCexZr0.5－xSc0.5O2.75(x = 0 and 0.2)を電解質としたHMFCについて実験による解析を行った。一般的にCe置換を行うと伝導率が上がり、セル出力は増加することが知られている。しかしながら、HMFCの出力はプロトンポンピング効果によって支配されるため，Ceドープによる出力増加は起こらないことが分かった。第二に、hMFCの実用化に向けた最大の課題であるPd水素アノードの代替材料について検討を行った。その有力な候補であるV1-xNix合金をPd代替アノードとして検討を行った。その結果、いずれの合金においても、金属酸化物電解質薄膜を300℃以下で製膜し、また320℃以下で発電したとき、高い出力が得られることが分かった。これらの条件以上に温度を上げると、合金の酸化による出力劣化が顕著に起こるとわかった。

Water permeable membrane-supported fuel cells (HMFCs) are characterized by the presence of acidic compounds at the water permeable alloy/electrolyte membrane-to-interface, and the generation of high output. Water permeable membrane supported fuel cells (HMFCs) are discussed below for the purpose of maximizing their performance. In the first case, the acid deficiency of electrolyte acid compound is determined by BaCexZr0.5-xSc0.5O2.75(x = 0 and 0.2) and the analysis of electrolyte acid deficiency is performed. The general Ce substitution is carried out by increasing the conductivity and increasing the output. The output of HMFC will be increased from the beginning to the end. Second, the biggest problem in the application of hMFC is the investigation of the substitution of Pd element. A strong candidate for Pd is proposed. As a result, the alloy film and the metal oxide electrolyte film are prepared at temperatures below 300℃, and the electricity is generated at temperatures below 320℃. The temperature of the alloy is higher than that of the alloy.

项目成果

プロトンセラミクスセルにおけるアノード構造の重要性

质子陶瓷电池中阳极结构的重要性

• 发表时间: 2022
• 作者: Pawel Botwina;Magdalena Obloza;Maria Zatorska-Plachta;Kamil Kaminski;Masanobu Mizusaki;Shin-Ichi Yusa;Krzysztof Szczubialka;Krzysztof Pyrc;Maria Nowakowska;青木芳尚
• 通讯作者: 青木芳尚

Development of Hydrogen-Permeable Metal Support Electrolysis Cells

透氢金属支撑电解槽的研制

• DOI: 10.1021/acsaem.1c03313
• 发表时间: 2022
• 期刊: ACS Applied Energy Materials
• 影响因子: 6.4
• 作者: Aoki Yoshitaka;Nishimura Shinichi;Jeong SeongWoo;Kitano Sho;Habazaki Hiroki
• 通讯作者: Habazaki Hiroki

Numerical Simulation of OXIDE-ION Blocking Effect in Hydrogen Permeable Metal-Supported FUEL CELL

透氢金属支撑燃料电池中氧离子阻挡效应的数值模拟

• 发表时间: 2020
• 作者: S.W. Jeong;Y. Aoki;H. Habazaki
• 通讯作者: H. Habazaki

DAICHI PCC workshop

DAICHI PCC车间

• 发表时间: 2022
• 作者: 清水啓太;北川大地;小畠誠也;Numerical Analysis of Hydrogen-permeable Metal―Support Fuel cells （HMFCｓ）
• 通讯作者: Numerical Analysis of Hydrogen-permeable Metal―Support Fuel cells （HMFCｓ）

The effect of an anode functional layer on the steam electrolysis performances of protonic solid oxide cells

• DOI: 10.1039/d1ta02848k
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Journal of Materials Chemistry
• 作者: Chunmei Tang;K. Akimoto;Ning Wang;L. Fadillah;Sho Kitano;H. Habazaki;Y. Aoki