薄膜固体電解質燃料電池の開発

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1.研究目的 本研究はニッケル基板上に真空蒸着法と固相反応を組み合わせることによりジルコニア薄膜を作製し、さらに蒸着法により空気極薄膜を形成し、長寿命かつ特性の優れたプレーナー型薄型セルを作製することを最終目的としている。2.研究成果の概要 本年度では、セル作製の基礎となる下記の項目に重点をおいて検討を進めた。(1)空気極材料の選定とその作製法:本研究者は従来よりニッケル基板上に上記の方法によりジルコニア薄膜を作製し空気極には蒸着白金薄膜を用いプレーナー型薄膜セルを形成し、その特性の向上を計ってきた。本研究で一歩実用化に近いセルを作製するため空気極材料にLaCoO_3およびLaMnO_3を選び、蒸着法によりこれらの材料を電解質上に形成し薄膜セルを作製した。セル特性を測定した結果LaMnO_3の特性が優れていることがわかった。すなわちLaCoO_3はLaMnO_3より発電開始温度が高く、約500℃でセルの劣化が見られ動作不良になったが、LaMnO_3薄膜電極を用いたセルは300℃の低温ですでに発電を開始し以後破損することもなく優れた特性を維持した。蒸着法により空気極の作製法を開発した。(2)プレーナー型薄膜電池の測定装置の作製:高温中でセル特性を測定するためには燃料ガスおよび酸化ガスの洩れ対策が安全上からも重要である。装置の設計、作製に当たって従来からのデータの蓄積を基に高温シールセメントなどを一切使わず荷重、スプリングアクションを利用したガスシール法を採用した。したがつて本装置は接着剤を使用しないためセル交換などの操作性に優れ、また各々の材料のもつ熱膨張に対してフリーな構造となっている。さらに燃料系のデットスペースを小さくすることにより、生成物の分析精度の向上を計っている。これらの配慮により操作性に優れたセル特性測定装置を製作することができた。