Elucidation of the mechanism of inhibition of electrochemical reactions by adsorption of trace gases in intermediate-temperature fuel cells

阐明中温燃料电池中微量气体吸附抑制电化学反应的机制

• 批准号: 20H02437
• 负责人: 畑田 直行
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02437/
• 关键词: プロトン伝導セラミックス型燃料電池; 空気極; 酸素極; 被毒; PCFC; 二酸化炭素; 二酸化硫黄; 過電圧; プロ ト ン 伝導セラ ミ ッ ク ス型燃料電池

本研究では、プロトン伝導セラミックス型燃料電池（PCFC）の酸素極へ実際の空気を供給した際に起こる微量ガス種（CO2, SO2など）の吸着現象・副反応と、それが電極反応へ及ぼす影響を、電気化学測定および熱力学解析を駆使して明らかにすることを目的としている。また、その結果に基づき、微量ガス種による電気化学反応阻害を防止し、空気を用いて安定的に発電するためのPCFC電極・電解質の材料選択指針および動作条件指針を提案し、実証することを目指している。令和4年度は、O2分圧とCO2分圧を制御したAr-O2-CO2混合ガスをフローしながらLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF6428) 試料の熱重量測定を行い、試料の上流側および下流側のO2とCO2の濃度を同時に測定することで、LSCF6428とガスとの反応にかかる物質収支を詳細に調査した。具体的には、900℃から500℃まで100℃ごとに降温する過程で、CO2を含まない雰囲気では、LSCF6428中の酸素濃度の増大に由来すると思われる重量増加が見られた(過去の報告と同程度)。一方、CO2を1000 ppm含む雰囲気では、700℃以下において、0.1重量%以下の微量ではあるがより大きな重量増加がみられ、これはLSCF6428とCO2の反応に由来すると考えられる。このように、O2分圧とCO2分圧に応じて、LSCF6428中の酸素濃度の変化とLSCF6428とCO2との反応の両方が起こることを明らかにし、それらを分離して定量することができた。なお、LSCF6428とCO2の反応量は、LSCF6428表面にCO2がたかだか1分子層程度均一に付加する量に相当し、これはX線回折やEPMAなどの分析手法では検出が難しい微量であり、精密な熱重量測定により初めて検出できたものである。

这项研究旨在澄清痕量气体物种（CO2，SO2等）的吸附现象和副反应，这些物种实际上将空气实际提供给质子导电陶瓷燃料电池（PCFC）的氧电极以及使用电极反应，电化学测量和热力学分析对电极反应具有的影响。基于结果，我们旨在提出和证明PCFC电极和电解质的材料选择和操作条件的准则，以防止痕量气体引起的电化学反应抑制，并使用空气稳定地产生电力。 In fiscal 2022, thermogravimetric measurements of the La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF6428) samples were performed while flowing Ar-O2-CO2 mixed gas with controlled O2 and CO2 partial pressures, and by simultaneously measuring the concentrations of O2 and CO2 upstream and downstream sides of the sample, the material balance involved in the reaction of详细研究了LSCF6428和气体。具体而言，在每100°C的温度从900°C降低到500°C期间，观察体重增加，这似乎是由于LSCF6428在无二氧化碳气氛中的氧气浓度升高引起的（与以前的报告相同）。另一方面，在包含1000 ppm二氧化碳的大气中，在700°C或以下观察到重量的重量显着增加0.1％，尽管重量少量为0.1％，但被认为是从LSCF6428和CO2之间的反应得出的。因此，揭示了LSCF6428中的氧浓度的变化和LSCF6428和CO2的反应响应于O2和CO2部分压力，并且可以分离和定量。 LSCF6428和CO2的反应量对应于围绕一个分子层的LSCF6428表面均匀添加的二氧化碳的量，这是一个很少的量，使用X射线衍射或EPMA等分析方法很难检测到，并且仅通过精确的热射线测定才能检测到。

项目成果

La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3空気極の低温動作時における空気中の微量ガスによる電極反応阻害現象

La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3空气电极低温工作时空气中微量气体导致的电极反应抑制现象

• 发表时间: 2021
• 作者: 井上誠也;植野雄大;畑田直行;宇田哲也
• 通讯作者: 宇田哲也