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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04203226/
• 关键词: 固体電解質型燃料電池; 薄膜化; 泳動電着法; 高出力; Y_2O_3安定化ZrO_2; カソード電極材料; 低温作動化

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。

Now, solid electrolyte type fuel cell (SOFC) の electrolyte し と て, main に Y_2O_3 で stabilization さ れ た ZrO_2 (YSZ) が い ら れ て い る. し か し, YSZ の acid element イ オ ン 伝 conductivity high は く な い の で force, be with higher な の SOFC を have る に は thin い な が ら も 気 dense な YSZ film を cropping す る necessary が あ る. This study で は electrolytic メ ッ キ の a で あ る swimming the method を with い Ann 価 に, か つ simple に を YSZ membrane method る に つ い て beg し 検 た. ま ず, YSZ サ ス ペ ン ジ ョ ン に with い る solvent に つ い て beg と 検 し た と こ ろ, solvent と し て trace の I_2 を add し た ア セ チ ル ア セ ト ン を with い る と, low degree of 10 v の い Inca electric 圧 で も swimming electricity with が may で あ り, ク ラ ッ ク が into る こ と な く, 焼 knot が え る こ と が わ か っ た. Swimming electric with で ら れ た YSZ film は film が about 1 microns thick degree と め extremely thin て か っ た が, after 焼 knot, LiJie に ピ ン ホ ー ル を raw じ て お り, SOFC に 応 with す る と open loop on low power 0.8 V と は く な っ た. Side, 3 焼 の above the membrane back into を く り return す こ と で, membrane の 気 tightness が し upward, 5 焼 の above the membrane back into に よ り, ほ ぼ theory on power を shown す 気 dense な YSZ membrane が must ら れ た. Have ら れ た YSZ membrane を い, カ ソ ー ド に La_ < 0.6 > Sr_3 を, ま た ア ノ ー ド に without い electrolytic Pt を use て, SOFC を group み て, H_2 を fuel に, O_2 を acidification tonic と し て 発 electrical characteristics を beg し 検 た と こ ろ, maximum power density 1.8 WLCM ^ 2 と い う extremely め て high い output が ら れ た. Born ま た, electricity 圧 lowered を じ る reason と し て, カ ソ ー ド と electrolyte interface の phase 2 の generated と え test, La owe damage し た LaabSr_ < 0.4 > MnO_3 を カ ソ ー ド し て SOFC を group み て, 発 electrical characteristics を beg し 検 た と こ ろ, SOFC の maximum output density は さ ら に し, up 1.9 WLCM と ^ 2 The う and 従 report the value of the で で and the highest <s:1> output of the <s:1> SOFCを the る とがで とがで とがで た た た. Party, セ ル の low actuation を purpose に new し い カ ソ ー ド acidification content electrode に つ い て beg し 検, Pr_ < 0.6 > Sr_ < 0.4 > MnO_3 は La_ < 0.6 > Sr_ < 0.4 > MnO_3 に than べ, low temperature で も は る か に less な い points very し か shown さ な い こ と を see い out し た. PrMnO_3 department ペ ロ ブ ス カ イ ト は LaMnO_3 よ り YSZ と の thermal expansion coefficient of の マ ッ チ ン グ も good で あ り, swimming the method で た YSZ membrane と group み close せ る こ と で, さ ら に higher force SOFC の open 発 が in stopping さ れ た.

项目成果

Tatsumi Ishihara,Takanari Kudo,Hideaki Matsuda,Yukako Mizuhara,Yusaku Takita: "Electrophoretic Deposition of Stabilized Zirconia for Solid Oxide Fuel Cells" Proceedings of the 3rd Internation symposium on Solid Oxide Fuel Cells.

Tatsumi Ishihara、Takanari Kudo、Hideaki Matsuda、Yukako Mizuhara、Yusaku Takita：“固体氧化物燃料电池稳定氧化锆的电泳沉积”第三届固体氧化物燃料电池国际研讨会论文集。

Tatsumi Ishihara,Teiji Sato,Yukako Mizuhara,Yusaku TakIita: "Preparation of Yttria-Stabilized Zirconia Films for Solid Oxide Fuel Cells by Electrophoretic Deposition Method" Chemistry Letters. 1992. 943-946 (1992)

Tatsumi Ishihara、Teiji Sato、Yukako Mizuhara、Yusaku TakIita：“通过电泳沉积法制备用于固体氧化物燃料电池的氧化钇稳定氧化锆薄膜”化学快报。