薄膜型固体電解質燃料電池の試作と電極材料及び改質触媒の評価

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固体電解質燃料電池の高出力化の対策として安定化ジルコニアの薄膜化と高いイオン導電性の材料を検討し電池の高出力化を試みた。プラズマ溶射法、スラリ-コ-ティング法、スリップキャスティング法、スプレ-パイロリシス法、イオンプレ-ティング法、スパッタ法など種々の方法を用いて安定化ジルコニア薄膜の作製を試み、さらに各成膜法の特徴に関する知見を得た。スリップキャスティング法とスラリ-コ-ティング法で作製した膜は十分ち密で膜厚も小さいために高い電流密度が得られた。電池出力はスリップキャスティング法とスラリ-コ-ティング法では約0.7W/cm^2と非常に高い値が達成できた。セリア-サマリア系固溶体(SDC)は安定化ジルコニア(YSZ)よりもイオン導電率が高いが、水素との接触により還元され、電子伝導性が現われる。そこで耐還元性に優れるYSZ薄膜とSDC上にコ-ティングした2重構造の電解質を燃料電池に用いた。開回路電圧は0.9Vと理論値に近づき、電解質全体の厚みが740μmと厚いにもかかわらず電流密度は極めて大きい。最高出力も0.62W/cm^2と高いことから将来このような2重構造を有する固体電解質燃料電池の発展も期待できる。固体電解質燃料電池は1000℃程度の高温で運転されるため排熱を利用して燃料電池室の内部で改質反応を進行させることができる。本研究ではまず水熱雰囲気下における表面積の安定性について検討した。1200℃焼成後BaO・6Al_2O_3はAl_2O_3の3倍の高表面積を有する。1000℃以上の水蒸気存在下ではBaO・6Al_2O_3はAl_2O_3よりもはるかに高い表面積を維持している。BaO・6Al_2O_3にNiを担持し水蒸気改質反応を行なった結果、市販の改質触媒では低温で炭素析出が見られたが、Ni/BaO・6Al_2O_3では全温度範囲で炭素析出は全く起こらない、これはBaO・6Al_2O_3が適当な塩基性を有するためと考えられる。