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泳動電着法による固体電解質薄膜の作製と高出力SOFCの開発

电泳电沉积法制备固体电解质薄膜及高功率SOFC的研制

基本信息

批准号：
04203226
负责人：
石原達己
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Oita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1992
资助国家：
日本
起止时间：
1992 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

現在、固体電解質型燃料電池(SOFC)の電解質しとて、主にY_2O_3で安定化されたZrO_2(YSZ)が用いられている。しかし、YSZの酸素イオン伝導性は高くないので、実用的な高出力のSOFCを得るには薄いながらも気密なYSZ薄膜を作製する必要がある。本研究では電解メッキの一種である泳動電着法を用い安価に、かつ簡便にYSZ膜を得る方法について検討した。まず、YSZサスペンジョンに用いる溶媒について検討としたところ、溶媒として微量のI_2を添加したアセチルアセトンを用いると、10V程度の低い印加電圧でも泳動電着が可能であり、クラックが入ることなく、焼結が行えることがわかった。泳動電着で得られたYSZ膜は膜厚が約1μm程度と極めて薄かったが、焼結後、粒界部にピンホールを生じており、SOFCに応用すると開回路起電力は0.8Vと低くなった。一方、3回以上の製膜一焼成をくり返すことで、膜の気密性が向上し、5回以上の製膜一焼成により、ほぼ理論起電力を示す気密なYSZ膜が得られた。得られたYSZ膜を用い、カソードにLa_<0.6>Sr_3を、またアノードに無電解Ptを用いて、SOFCを組み立て、H_2を燃料に、O_2を酸化剤として発電特性を検討したところ、最大電力密度1.8wlcm^2という極めて高い出力が得られた。また、電圧降下を生じる原因として、カソードと電解質界面の第2相の生成と考え、La欠損したLaabSr_<0.4>MnO_3をカソードしてSOFCを組み立て、発電特性を検討したところ、SOFCの最大出力密度はさらに向上し、1.9wlcm^2という、従来の報告値では最も高い出力のSOFCを得ることができた。一方、セルの低温作動を目的に新しいカソード酸化物電極について検討し、Pr_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3はLa_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3に比べ、低温でもはるかに少ない分極しか示さないことを見い出した。PrMnO_3系ペロブスカイトはLaMnO_3よりYSZとの熱膨張係数のマッチングも良好であり、泳動電着法で得たYSZ膜と組み合せることで、さらに高出力SOFCの開発が示唆された。

At present, the electrolyte of solid electrolyte fuel cell (SOFC) is stabilized by Y_2O_3 and ZrO_2(YSZ). The conductivity of YSZ is high, and it is necessary to manufacture thin and dense YSZ thin films for practical use. In this study, a simple and safe method for obtaining YSZ film was developed. In addition, YSZ can also be used as a solvent for the preparation of electrolyte. In addition, trace amounts of I_2 can be added to the solvent. In addition, the low voltage of 10V can be used for the preparation of electrolyte. The sintering process can be carried out. YSZ film thickness is about 1μm after sintering, grain boundary is generated, SOFC is used, and open circuit voltage is 0.8V. The density of the film is higher than that of the first firing of the film with more than 3 times, and the density of the film is higher than that of the first firing of the film with more than 5 times. YSZ film is <0.6>used in the middle of the film, and the maximum electric power density is 1.8wlcm^2. The electrode is used in the middle of the film without electrolysis. The SOFC is assembled in the middle of the film. The H_2 is used in the fuel. The O_2 is used in the film with high electric power. The reasons for the occurrence of voltage drop, the formation of the second phase at the electrolyte interface, the formation of La deficiency, the formation of LaabSr_<0.4>MnO_3, the formation of SOFC, and the formation of SOFC. For the purpose of low-temperature operation, a new type of acid electrode is proposed. Pr_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3 and La_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3 are compared. The thermal expansion coefficient of PrMnO_3-based SOFC is good, and the YSZ membrane is assembled by electrokinetic method.