薄膜固体電解質燃料電池の開発

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1.研究目的本研究はニッケル箔基板上に直接真空蒸着法によりジルコニア薄膜を作製し長寿命で温度サイクルにも強く,かつ発電特性の優れたプレ-ナ-型固体電解質燃料電池(極薄型セル)の開発を最終目的とし,本年度は蒸着ジルコニア薄膜の結晶学的評価を行った.さらに空気極材料および集電法の検討も行った.2.研究成果と概要a)直接蒸着ジルコニア膜の微細構造 セルを構成する際には熱サイクルに対する安定性や機械的強度などもセルの安定動作,寿命などに大きな影響をおよぼす.特にジルコニアは製造プロセス,添加物の量およびその種類等,種々の影響により,その安定性の程度や破壊靭性に密接な関係がある.そこでTEMを用いて人接蒸着により作製したジルコニア膜の微細構造を観察した.膜は0.5μm弱の粒径をもつ結晶子からなる多結晶膜である.結晶子は制限視野回折からは単結晶的であるが,結晶子内にひずみ,積層欠陥,転移あるいは結晶相の分域などが多く存在していることが高分解能観察からわかる.膜は主に正方晶相であるが僅かに単斜晶系相が混在していることが電子線回折から確認でき,この膜は部分安定化した膜であることがわかった.以上の結果,蒸着ジルコニア薄膜は緻密かつ結晶学的にも優れた膜であることがわかった.b)ジルコニア薄板型セルの作製 本項では空気極,空気極ージルコニア界面,空気極からの集電法の検討など,特に空気極側の特性改善を行うため,電解質に部分安定化ジルコニア板を用い無支持型の薄板型セルを作製した.燃料極は白金,空気極材料はLaSr_θ. _3Mn_θ. _7O_3粉末を用い電解質板に焼付けた.薄板型セルの発電特性は900℃おいて約1.05V,1Ωの負荷をかけたとき電流密度110mA/cm^2得られた.