固体電解質を用いたリアクタ-用高性能合金触媒及び電極触媒層構造の研究

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本研究は、低温作動内部改質型固体電解質燃料電池を実現するために、申請者により新たに提案された概念に基づく基礎研究である。電池が現在研究中の物より低温で運転が可能となれば、高温型電池の高効率、高品質廃熱のメリットを損なうことなく、電池構成材料が全てセラミックという根本的問題点が解決できる。しかし、それには改質触媒能並びに電極特性の飛躍的改善が必須である。この課題の解決法として、イオン及び電子導電性材料を触媒担体とし、これに高分散触媒を担持した多孔質アノ-ド及びカソ-ドを形成することを提案し、以下の如く、新提案に基づく燃料電池の可能性を実証することが出来た。1)水素アノ-ド特性への白金担持効果 イオン、電子導電性担体として(CeO_2)_<0.8>(SmO_<1.5>)_<0.2>を合成し、整粒、バインダ-を用いてYSZ電解質表面に塗布後、焼結して多孔質触媒層を形成した。これに白金塩を含浸し、熱分解することにより微量の白金触媒を担持した。担体自身が高温では高電極特性を示すが、低温で急激な特性低下を来す。しかし、わずか0.5mgpt/cm^2以下で特性向上が得られ、その賦活率は低温程大きい。800℃では、白金賦活により従成のNi‐YSZサ-メットより著しい高特性が得られた。2)メタンアノ-ド特性への白金担持効果 メタンの内部改質下でのアノ-ドにおいて、白金担持により賦活率が水素アノ-ドの場合より更に著しい。800℃においても実用的電流密度が得られることが分かった。3)酸素及び空気カソ-ド特性への白金担持効果 電子、イオン両導電性担体に、カソ-ド触媒として従来用いられてきたLa_<0.5>Sr_<0.5>MnO_3を選び、これを合成、整粒後、YSZ電解質表面に焼結して触媒層を形成した。これに白金塩を塗布、熱分解して、分散白金触媒を担持した。高温(1000℃)では、触媒の担持効果は認められないが、低温では効果が顕著となり、例えば800℃では、0.1mgpt/cm^2でも、無担持の場合の1桁大きな電流密度が得られた。