高温型燃料電池の大容量化に向けた無機材料に関する直流高電圧絶縁現象の解明

高温で動作する固体酸化物形燃料電池の電気絶縁部は燃料である水素等や酸化剤である空気に接する。そのため、両ガス雰囲気下で絶縁材料に高電圧が印加された際の絶縁現象を明らかにする必要がある。本研究では、動作電圧の最大値を決めるための沿面距離と破壊電圧の関係、そして一定期間の信頼性を維持するための耐久性試験を行うこととした。絶縁体沿面における破壊機構を明らかにするために，高温の水素中で酸化アルミニウム（以下，アルミナとする）の破壊電圧の沿面距離依存性を調査した。沿面距離の延長に伴って、破壊電圧が増加・減少することがわかった。先行研究における空気雰囲気下でも同様の傾向が確認でき、少なくとも空気と水素中ではガス種に寄らず破壊機構が同じであることが示唆された。また、破壊機構の遷移にガスの電離が関連している可能性が示された。次に一定期間の絶縁信頼性を確認するために、高温環境下で無機絶縁材料であるアルミナに対し、電流を増加させながらエージングを行った。その結果、水素中のほうが大きい電流を流しても絶縁性を維持できることがわかった。一方で、空気中では電流を増加させた際にジュール発熱に伴う膨張によってアルミナ試料が稀に破損してしまうことがわかった。昨年度、エージングによって水素中では部分的にアルミナの還元が生じている可能性が示されたが、印加電圧・電流ともに今回の空気中より大きい値であった。このことから、実際の燃料電池絶縁部に印加できる電圧・電流ともに空気中の絶縁性能に束縛される可能性が示された。

高温で動作する固体酸化物形燃料電池の電気絶縁部は燃料である水素等や酸化剤である空気に接する。そのため、両ガス雰囲気下で絶縁材料に高電圧が印加された際の絶縁現象を明らかにする必要がある。本研究では、動作電圧の最大値を決めるための沿面距離と破壊電圧の関係、そして一定期間の信頼性を維持するための耐久性試験を行うこととした。絶縁体沿面における破壊機構を明らかにするために，高温の水素中で酸化アルミニウム（以下，アルミナとする）の破壊電圧の沿面距離依存性を調査した。沿面距離の延長に伴って、破壊電圧が増加・減少することがわかった。先行研究における空気雰囲気下でも同様の傾向が確認でき、少なくとも空気と水素中ではガス種に寄らず破壊機構が同じであることが示唆された。また、破壊機構の遷移にガスの電離が関連している可能性が示された。次に一定期間の絶縁信頼性を確認するために、高温環境下で無機絶縁材料であるアルミナに対し、電流を増加させながらエージングを行った。その結果、水素中のほうが大きい電流を流しても絶縁性を維持できることがわかった。一方で、空気中では電流を増加させた際にジュール発熱に伴う膨張によってアルミナ試料が稀に破損してしまうことがわかった。昨年度、エージングによって水素中では部分的にアルミナの還元が生じている可能性が示されたが、印加電圧・電流ともに今回の空気中より大きい値であった。このことから、実際の燃料電池絶縁部に印加できる電圧・電流ともに空気中の絶縁性能に束縛される可能性が示された。