固体電解質燃料電池の電極設計

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(1)著者らの開発した電極固定化法により、1000℃の高温下でも電極材料(Ni)の焼結による分極特性の変化の影響を受けず、再現性の高いデータを得ることができた。(2)水素燃料極の電極インピーダンスは、電極反応の抵抗に起因する部分R1と固定化に用いた溶射膜の膜厚とともに増加する部分R2とに分けられることが分かった。(3)R1におよぼすNi膜厚の影響を調べた結果、R1は1mum<Ni 膜厚<12mumの間で一定値を示した。このことからNi燃料極の電極反応場は、少なくとも三相界面から1mum以内のごく三相界面近傍に限られることが分かった。(4)R1は水蒸気分圧(0.010atm<pH_2O<0.317atm)の-1/2乗に比例し、水素分圧(0.03atm<PH_2<0.98atm)には影響を受けなかった。この結果は、水素、水蒸気のLangmuir型の吸着平衡、電荷移動律速のメカニズムで説明できることが分かった。(5)R2は水蒸気分圧の-1乗に比例し、またその大きさの温度依存性はほとんど見られなかった。このことからR2は溶射膜中の水蒸気の拡散抵抗に起因するものであることが分かった。Ni燃料極で得られた電極インピーダンスプロットは、潰れた円弧形状や連なった二つの円弧の形状を示した。これらのプロットは著者らが従来提案している電極インピーダンス等値回路で精度良くシシュレートできた。この等値回路が、白金、空気極だけでなくNi、燃料極にも適用できるものであることが分かった。