ペロブスカイト型酸化物セラミックスを固体電解質とした高温型燃料電池の開発研究

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1.BaCe_<1-x>Sm_xO_<3-α>系プロトンー酸化物イオン混合導電体を用いた燃料電池の作動試験BaCe_<0.9>Sm_<0.1>O_<3-α>(厚さ0.5mm)を固体電解質とし、多孔質白金を電極に用いて平板型燃電池を構成したところ、安定に作動し、1000℃で900mACm^<-2>という高い短絡電流が得られた。この電池の最大出力密度0.22W/cm^2は、安定化ジルコニア系電池のそれに匹敵するほどであった。実用電極として、燃料極にNi、空気極に各種電子導電性酸化物を用いた場合、いずれの電池も安定に作動し、特に空気極として今回開発したLa_<0.6>Ba_<0.4>CoO_<3-α>が白金電極に近い特性を示した。この電池は、700℃程度の低温領域において、同温の安定化ジルコニア系電池よりも高い出力を示し、この際に空気極としてLa_<0.6>Ba_<0.4>CoO_<3-α>の方が白金電極よりも優れていた。水素に代わる燃料ガスとしてメタノ-ルの適用を試みたところ、開回路電圧や短絡電流が水素燃料電池の場合よりわずかに低いものの、安定した出力が得られた。2.SrZrO_3系酸化物のプロトン導電性と燃料電池ガス透過性のない緻密なSrZr_<1-x>M_xO_<3-α>系セラミックス(M=Al,Ga,In,Y.Yb)を固体電解質として水素濃淡電池を構成したところ、安定した起電力を示し、その値はネルンストの式から得られた理論値と一致していた。また、これらの固体電解質に外部回路から直流を流して、水素の電気化学的透過実験を行った結果、カソ-ドからファラデ-の法則に見合った水素の発生が観察され、電解質中をプロトンが導電にあずかっていることを証明できた。これらの酸化物を電解質として試作した水素燃料電池は、その取り出しうる電流は上記BaCeO_3系に比べてかなり低いものの、安定した作動特性を示した。