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

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。

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。