混合導電性酸化物緻密薄膜電極を用いた高温固体電解質型燃料電池電極反応の解明

使用混合导电氧化物致密薄膜电极阐明高温固体电解质燃料电池电极反应

基本信息

批准号：
09750902
负责人：
内本喜晴
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

クリーンでエネルギーの総合利用効率が高く、地域分散型電源やコジェネレーションシステム等への応用が期待されるエネルギー変換デバイスである高温固体電解質型燃料電池(SOFC)の電極反応機構の解明目指した。そのために、化学気相成長法-電気化学気相成長法プロセスを応用して、SOFC正極材料であるLa_<1-x>Sr_xMnO_3の緻密で均一な薄膜電極を作製し、その電気化学的特性を評価した。この電極は電極表面積及び、電極/電解質/ガスの三者が接する三相界面長さを容易に規定できる利点を持ち、La_<1-x>Sr_xMnO_3のような混合導電性電極の反応活性点を解明する上できわめて都合のよい電極である。その結果、電子と酸化物イオンの両方がチャージキャリヤーであるLa_<1-x>Sr_xMnO_3薄膜電極では電極表面が反応活性点であり、酸化物イオンの拡散が律速過程であることを直接的に明らかにした。また、La_<1-x>Sr_xMnO_3緻密薄膜電極の複素インピーダンススペクトルを詳細に解析し、LaMnO_3へのストロンチウムドーピングが電極特性へ与える影響を検討した。LaMnO_3電極はSrドープによって、電極活性が飛躍的に向上することが知られているが、その機構は明らかになっていない。La_<1-x>Sr_xMnO_3緻密薄膜電極を用いることによって、初めて電極表面反応と内部のイオン拡散のインピーダンスを明確に分離することに成功した。インピーダンススペクトルを等価回路を用いてフィッティング解析した結果、Srドープ量によって化学拡散係数は大きく変化しないが、酸素の脱吸着などの電極表面の反応速度が大きく向上することが明らかとなった。これより、電極表面反応速度を向上させることが、電極特性の向上に有効であることを明らかにした。

目的是阐明高温固体电解质燃料电池（SOFC）的电极反应机理，这是一种具有高总能量利用效率的能量转换装置，预计将应用于区域分布式电源和高温源和高温源系统。为此，通过应用化学蒸气沉积方法 - 电动化学蒸气沉积过程和其电化学性能来评估La_ <1-x> sr_xmno_3的密集，均匀的薄膜电极，SR_XMNO_3（一种SR_XMNO_3）。该电极的优势是，很容易定义电极表面积和三相界面的长度，其中三方在该界面接触电极/电解质/气体，并且是阐明混合导电电极（例如LA__ <1-x> sr_xmno_3）的反应电极的极为方便的电极。结果，很明显，在LA_ <1-x> sr_xmno_3薄膜电极中，电子和氧化物离子都是荷载载流子，电极表面是反应物的活性点，氧化物离子的扩散是速率限制过程。此外，详细分析了LA__ <1-X> sr_xmno_3的复杂阻抗光谱，并研究了跨掺杂对lamno_3对电极特性的影响。众所周知，LAMNO_3电极的SR掺杂可以显着改善电极活性，但它的机制尚不清楚。通过使用LA_ <1-X> SR_XMNO_3密集的薄膜电极，可以首次清楚地将电极表面反应的阻抗和内部离子扩散分开。使用等效电路对阻抗光谱进行拟合分析表明，尽管化学扩散系数并未明显变化，但取决于SR掺杂的量，但电极表面的反应速率，例如氧气渗透，但得到了极大的改善。这表明改善电极表面反应速率可有效改善电极特性。