マイクロ波プロセスによるサンドイッチ型セラミック積層体の材料設計と機能制御

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本研究では、マイクロ波の吸収性の違いによって生じる熱的非平衡反応場を積極的に利用して、サンドイッチ型構造を持つセラミックス積層体のマイクロ波プロセッシングを検討した。具体的には、セラミックサンドイッチとして、緻密な電解質と一対の多孔質な電極からなる固体酸化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell : SOFC)を検討対象材として以下の2点に関して研究に取り組んだ。1. アノード用多孔質基板と電解質膜のマイクロ波共焼成2. 電解質上へのカソードおよびアノード材のマイクロ波同時焼き付け以下に、得られた知見の概要を上記の検討項目ごとに記す。1. マイクロ波共焼成によって得た電極支持型電解質膜を用いて単セルを試作し、発電特性を検討した結果、電気炉を用いて行った通常加熱で得た試料に比べ、高い発電特性が得られることがわかった。その要因をインピーダンス技法を用いて解析したところ、マイクロ波プロセスによって(1)アノード基板内で電極反応場が増加したことと、(2)アノードと電解質との界面での抵抗が低減したことが示唆された。2. マイクロ波プロセスおよび通常の電気炉加熱プロセスで得た試料を用いてそれぞれ単セルを試作し、その発電特性を検討した結果、前者のプロセスを採用した場合の方が、わずかながら発電特性が低くなるもののより低温で焼き付けが可能であることがわかった。これは、マイクロ波加熱特有の内部加熱による効果的な熱利用の結果であると考察された。