Improvement of ceramic 3D printing resolution by temperature control and its application to fabrication of solid oxide fuel cell electrodes

通过温度控制提高陶瓷3D打印分辨率及其在固体氧化物燃料电池电极制造中的应用

• 批准号: 19K04216
• 负责人: 吉田 英生
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04216/
• 关键词: 固体酸化物形燃料電池; ３Dプリント; 非ニュートン流体; メゾ凹凸界面

本年度は，固体酸化物形燃料電池（SOFC）の燃料極支持体上に，昨年度調整した燃料極インクを押し出し式マイクロ塗布法を用いてプリントし，凹凸形状を付与した．その際，燃料極支持体をペルチェ素子を用いることで冷却することで，プリント後の燃料極インクの広がりを抑制することを試みた．燃料極インクの粘度測定と接触角測定により，燃料極インクの温度を5℃程度まで下げると，常温と比べて有意な差が生じることがわかっていたので，支持体温度は5℃に維持した．プリント後も低温状態を維持しながらインクを乾燥した後，YSZ電解質，GDC中間層，LSCF-GDC空気極を作製し，発電試験に供する燃料極支持型ボタンセルを作製した．作製したセルの電子顕微鏡観察により，緻密な電解質が形成されていることを確認した．セルの電流電圧特性およびインピーダンス特性の測定を行ったところ，700度における最大発電密度が1.05W/cm2程度であり，常温でプリントを行ったセルの1.0W/cm2を上回ることが示された．さらに発電出力の向上を目指すために，プリントするピッチを狭くすることを試みた．低温でプリントすることで線幅を減少することができるため，常温でプリントする際よりも線の間隔を小さくし，単位面積あたりの線の本数を増大させた．電解質や空気極作製の際のパラメータも再調整することで緻密な電解質と一様な厚みを持つ空気極を作製することに成功した．作製した燃料極支持型ボタンセルの電気化学測定を行ったところ，700℃における最大発電密度1.2W/cm2を達成することができた．

This year, the fuel electrode support of solid acid fuel cell (SOFC) was adjusted by coating method. The fuel electrode supports are cooled down. Fuel electrode viscosity measurement and contact angle measurement, fuel electrode temperature of 5℃ or lower, normal temperature or higher than the intentional difference, support temperature of 5℃ or lower. After drying, YSZ electrolyte, LSCF-GDC air electrode, power test, fuel electrode support, etc. The formation of dense electrolyte was confirmed by electron microscopy. Measurement of current voltage characteristics of the battery: maximum dielectric density of 1.05W/cm2 at 700 ° C; maximum dielectric density of 1.0W/cm2 at room temperature. The power of the electric field is high. The line amplitude decreases at low temperatures, the line spacing decreases at normal temperatures, and the line number increases at unit areas. Electrolyte and air electrode operation during the adjustment, such as dense electrolyte and a thin film, maintain air electrode operation, such as success. The electrochemical measurement of the fuel electrode support type was carried out at 700℃ to achieve a maximum dielectric density of 1.2 W/cm2.

项目成果

燃料極支持型SOFCの電極電解質界面拡大に向けた温度制御押出式マイクロ塗布法

用于扩展燃料电极支撑SOFC中电极-电解质界面的温控挤出微涂层方法

• 发表时间: 2021
• 作者: T. TAKAHASHI;N. IKEDA;O. KAWANAMI;K. INOUE;H. ASANO;R. IMAI;S. MATSUMOTO;K. SUZUKI and H. OHTA;生川 拓歩，小宮山 正治，西田 哲，水野 友輔;丁成，徐海元，岸本将史，岩井裕
• 通讯作者: 丁成，徐海元，岸本将史，岩井裕

京都大学 先端イメージング工学研究室

京都大学先进影像工学实验室

Improvement in the Electrochemical Performance of Anode‐supported Solid Oxide Fuel Cells by Meso‐ and Nanoscale Structural Modifications

• DOI: 10.1002/fuce.202000079
• 发表时间: 2020-09
• 期刊: Fuel Cells
• 影响因子: 2.8
• 作者: H. Seo;M. Kishimoto;C. Ding;H. Iwai;M. Saito;H. Yoshida

Temperature-controlled micro-extrusion printing to obtain greater electrode-electrolyte interfacial area in solid oxide fuel cells

温控微挤压印刷可在固体氧化物燃料电池中获得更大的电极-电解质界面面积

• 发表时间: 2021
• 作者: 高橋 朋花;池田 直哉;河南 治;浅野 等;今井 良二;井上 浩一;松本 聡;鈴木 康一;大田 治彦;Cheng DING，Haewon SEO，Masashi KISHIMOTO，Hiroshi IWAI
• 通讯作者: Cheng DING，Haewon SEO，Masashi KISHIMOTO，Hiroshi IWAI

Mechanism of improved electrochemical performance of anode-supported solid oxide fuel cells by mesostructural modification of electrode-electrolyte interface

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.230107
• 发表时间: 2021-06-05
• 期刊: JOURNAL OF POWER SOURCES
• 影响因子: 9.2
• 作者: Seo, Haewon;Kishimoto, Masashi;Yoshida, Hideo
• 通讯作者: Yoshida, Hideo