ハイブリッドプラズマ溶射法による高性能SOFCの要素開発と集積化

采用混合等离子喷涂方法的高性能SOFC的元件开发和集成

基本信息

批准号：
07505020
负责人：
吉田豊信
金额：
$ 12.74万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至 1997
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、昨年までの結果に基づき、セル面積の拡大、SOFCの各要素の高性能化、および実プロセス化への対応を考慮した実験を行った。これまで、ハイブリッドプラズマによるSOFCの堆積実験を、チャンバー内を例えば350Torrに減圧した状態で行ってきたが、実際の工業化プロセスを考えた場合、大気圧化で堆積を行うほうが、気圧制御やダスト対策等の面ではるかに有利である。しかし大気圧溶射では、粒子速度が遅くなる等の影響もある。そこで、本年度の実験では、チャンバー内を大気圧とした状態で、YSZ電解質膜および、Ni-YSZサ-メット膜の堆積実験を試みた。作成したYSZ電解質膜について、断面SEM観察、断面画像解析による気孔率測定、セルの開放端電圧測定等による評価を行ったところ、これまでの減圧溶射で作成したものとほぼ同様の性能を得ることができた。SOFCのアノード電極となるNi-YSZサ-メット膜についても、NiOおよびYSZの粉末を大気圧下でhBN基板に堆積させ、ト-チ基板間距離とNiO、YSZ各々の堆積速度について調べた。その結果、各粉末の供給速度を一定とした場合、YSZの堆積速度は、ト-チ基板間距離が近いほど大きいが、NiOの堆積速度は距離にあまり依存しないことが明らかとなった。これらの結果より、Ni-YSZサ-メット膜の組成を傾斜させながら作成するための基礎的条件が明らかとなった。また作成したNi-YSZサ-メット膜について、断面SEM観察を行ったところ、YSZ、Ni、および気孔の良好な3相界面が観察された。セルの大面積化については、堆積基板回転軸を水平方向に移動させる方法の採用で、約30cm^2に同時に堆積させることが可能となった。また、アノード電極の性能についてのコンピュータシミュレーションを行い、空孔の堆積率が20%以上あれば十分な通気性が得られるという結果を得た。

今年，根据去年的结果，我们考虑了细胞区域的扩展，每个SOFC元素的性能的提高以及实际过程的实施，我们进行了实验。到目前为止，使用杂化等离子体进行的SOFC沉积实验在腔室的压力降低至350托尔下进行了，例如，在考虑实际的工业化过程时，使用大气压力的沉积在大气压力控制和尘埃控制方面更有优势。但是，大气压喷涂也具有降低颗粒速度的效果。因此，在今年的实验中，我们试图沉积YSZ电解质膜和Ni-ysz Sarmet膜，并在腔室内充满大气压力。使用横截面SEM观察，使用横截面图像分析以及细胞的开放式电压测量和其他因素评估创建的YSZ电解质膜，并且性能与常规还原压力喷涂产生的性能几乎相同。对于SOFC的阳极电极，Nio和YSZ粉末在大气压下沉积在HBN底物上，并且研究了TOTE底物与NIO和YSZ每个YSZ的沉积速率之间的距离。结果，揭示了当每个粉末的进料速率恒定时，随着手提袋基板之间的距离更接近，YSZ的沉积速率会更大，但是NIO的沉积速率并不十分取决于距离。这些结果揭示了在倾斜组成时创建Ni-ysz Samet膜的基本条件。此外，当通过SEM横截面观察Ni-ysz Samet膜时，观察到YSZ，Ni和孔的良好三相界面。关于大型细胞区域，通过采用一种方法，其中水平移动沉积底物的旋转轴，可以同时沉积约30 cm^2。此外，对阳极电极的性能进行了计算机模拟，发现如果空隙的累积速率为20％或更高，则将获得足够的通风。