スパッタリング法による薄膜電解質燃料電池の作製

溅射法制备薄膜电解质燃料电池

• 批准号: 01470115
• 负责人: 石田 愈
• 金额: $ 4.8万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• 财政年份: 1989
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1989 至 1990
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-01470115/
• 关键词: 固体電解質; 燃料電池; YSZ; スパッタリング; 走査型トンネル顕微鏡(STM); 薄膜; 電極; 三相帯; アニ-ル; 電極反応抵抗

新しい代替エネルギ-として注目されている固体電解質燃料電池の作製には種々の方法が検討されているが、大出力を達成するために電解質の厚さをできるだけ薄くする必要があり、スパッタリング法の利用が有望視された。我々は同方法を用いて厚さ10μm程度のイットリア安定化ジルコニア(YSZ)の電解質膜からなる燃料電池を作製し、その起電力特性について検討を行った。電池の特性は電極反応に大きく依存しており、電極表面の構造とそこでの化学種の移動過程および反応過程が重要である。これらを検討するために、等価回路モデルを用いた電極インピ-ダンス解析の方法と走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いた表面観察の方法を採用した。スパッタリング法により形成された電極/電解質界面には、反応に関与する三相帯が比較的広く分布しており、これにより電極反応抵抗を大いに減少させることが可能となった。この点は焼成法では得られない特長であり、焼成による再結晶化が三相帯を減少させ、電極特性を劣化させる要因になっていることを明らかにしたしたことになる。さらに、電極を多孔質体により固体化することにより、高温下でより安定した電極特性が得られることがわかり、三相帯の変化を抑えることが電池性能を向上させることに結びつくものと判断された。電池の起電力を理論起電力に近づけるためには、ピンホ-ルの無い緻密な電解質膜を形成する必要があり、膜を保持するための基板の表面粗さや孔径、また電解質膜厚が表面構造に及ぼす影響を明らかにすることができた。以上の結果は、高性能固体電解質燃料電池の作製法を向上させることに大いに貢献するものと考えられる。

New し い instead of エ ネ ル ギ - と し て attention さ れ て い る solid electrolyte fuel cell の cropping に は kind 々 の way が beg さ 検 れ て い る が, big output を reached す る た め に electrolyte の thick さ を で き る だ け thin く す る necessary が あ り, ス パ ッ タ リ ン グ の using が is expected to see さ れ た. I 々 は with methods を い て さ 10 microns thick degree の イ ッ ト リ ア stabilization ジ ル コ ニ ア の (YSZ) electrolyte membrane か ら な る し, the fuel cell を cropping そ の up power features に つ い て 検 line for を っ た. Battery の features は electrode reverse 応 に big き く dependent し て お り, electrode surface の structure と そ こ で の chemical kind の movement お よ び anti 応 が important で あ る. Beg す こ れ ら を 検 る た め に, such as 価 loop モ デ ル を with い た electrode イ ン ピ - ダ ン ス parsing の way と walkthrough type ト ン ネ ル 顕 micro mirror (STM) を い た surface 観 examine の way を using し た. ス パ ッ タ リ ン グ method に よ り form さ れ た electrode/electrolyte interface に は, anti 応 に masato and す る three-phase 帯 が comparison hiroo く distribution し て お り, こ れ に よ り electrode reverse 応 resistance を big い に reduce さ せ る こ と が may と な っ た. こ の point は 焼 diagnosis で は have ら れ な い specialty で あ り, 焼 に よ る again crystallization が three-phase 帯 を reduce さ せ, electrode degradation を さ せ る by に な っ て い る こ と を Ming ら か に し た し た こ と に な る. さ ら に, porous electrode を plastid に よ り congealing す る こ と に よ り, high temperature で よ り settle し た electrodes feature が must ら れ る こ と が わ か り, three-phase 帯 の variations change を え suppression る こ と が battery performance を upward さ せ る こ と に knot び つ く も の と judgment さ れ た. Battery の up power を theory on power に nearly づ け る た め に は, ピ ン ホ - ル の no い dense な electrolyte membrane を す る necessary が あ り, membrane を keep す る た め の の substrate surface coarse さ や aperture, ま た electrolyte film thickness が に surface structure and ぼ す influence を Ming ら か に す る こ と が で き た. The above <s:1> results <e:1> and the manufacturing method of high-performance solid electrolyte fuel cells を contribute to the させる えられる とに とに and <s:1> に of the に and する と と と.

项目成果

N.Nakagawa,C.Kuroda and M.Ishida: "A New Equivalent Circuit for Pc/YSZ of a Solid Oxide Electrolyte Fuel Cell:Relation Between The Model Parameters and the Interface Characteristics" Solid State Ionics. 40/41. 411-414 (1990)

N.Nakakawa、C.Kuroda 和 M.Ishida：“固体氧化物电解质燃料电池 Pc/YSZ 的新等效电路：模型参数与界面特性之间的关系”固态离子学。

N.Nakagawa,C.Kuroda,and M.Ishida: "Electrode Reaction at Platinum Layer Fixed on Stabilized-Zirconia Electrolyte-Part 2,Modeling of the cathode reaction-" J.Electrochem Soc.

N.Nakakawa、C.Kuroda 和 M.Ishida：“固定在稳定氧化锆电解质上的铂层的电极反应 - 第 2 部分，阴极反应建模 -”J.Electrochem Soc。

N.Nakagawa,M.Yamamoto,C.Kuroda and M.Ishida: "Electrode Reaction at Platinum Film Fixed on StabilizedーZirconic Electrolyte Part II:Simulation of the Cathodic Current and the Electrode Impedance" Journal of Chemical Engineering Japan.

N. Nakakawa、M. Yamamoto、C. Kuroda 和 M. Ishida：“固定在稳定锆电解质上的铂膜上的电极反应第二部分：阴极电流和电极阻抗的模拟”《日本化学工程杂志》。

中川紳行,森憲司,黒田千秋,石田愈: "固体電解質燃料電池の白金薄膜電極に対するSTMを用いた表面形態観察" 電気化学.

Shinyuki Nakakawa、Kenji Mori、Chiaki Kuroda、Yu Ishida：“使用 STM 观察固体电解质燃料电池铂薄膜电极的表面形态”电化学。

中川 紳好,黒田 千秋,石田 愈: "スパッタリング法による薄膜ジルコニア電解質燃料電池の作製" 電気化学. 57. 215-218 (1989)

Shinyoshi Nakakawa、Chiaki Kuroda、Yu Ishida：“溅射法制备薄膜氧化锆电解质燃料电池”电化学 57. 215-218 (1989)。