高温固体電解質燃料電池に関する研究

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高温型固体電解質燃料電池のための電解質及び酸素極の検討を行った. 電解質は従来使用されてきた立方晶安定化ジルコニアに変えて正方晶安定化ジルコニアを使用する事を考えた. それは, その高い機械的強度が魅力であったためである. しかし電気化学的データがほとんどないため基礎的なデータの集収を行った. 添加金属としてY.Sc, Yb, CaGdなどを選び正方晶が存在する2〜8モル%あたりの試料について研究を行った. 一番問題となる酸化物イオン導電率は焼結性を上げ正方晶相の純度を上げれば正方晶ジルコニアにほとんど遜色ない事が明らかとなった. 次に正方晶は一般に低温で準安定相と言われ熱変化に対する劣化が心配であった. この点は正方晶ジルコニア内にアルミナを分散させることにより, 導電率を下げる事なしに安定化させうる事を見い出した. 実際に酸素極にペロブスカイト型酸化物を使用して正方晶と立方晶安定化ジルコニアを電解質として双方の比較を行ったところ800°C以上の温度ではその電極特性に差はなかった. 強度等を考慮に入れれば正方晶ジルコニアの方が立方晶ジルコニアよりはるかにすぐれた電解質となりうる事が分った. 一方, 酸素極に関してはペロブスカイト型酸化物La_<1-x>SrxMO_3(M=Cr, Mr, Fe, Co)についてのXの量, 遷移金属の種類等をかえ, その酸素還元能導電率, 電解質ジルコニアとの密着性及び反応性, 電極反応機構など検討た. 酸素還元に関してはLa_<1-x>SrxCoO_3が抜群により特性を示したが, 残念なことに電解質と反応しやすい, 密着性が悪いとの難点があった. 次善の候補としては特性ははるかにおとるが密着性とか反応性の点でLa_<1-x>SrxMnO_3があげられる. ただし, 電解質とペロブスカイト相の間にプロテクターとして反応性は低いものの高い酸化物イオン導電率を持つLa09Bo0.14lO_3のようなペロブスカイト膜をはさめば, 活性の高いCo系ペロブスカイトも半分に使用できる事が分かった.