新規プロトン・電子混合伝導性材料の合成と高効率再生形燃料電池システムの開発

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新規プロトン・電子混合伝導性材料の合成と高効率再生形燃料電池システムの開発を目的とし、初年度の平成30年度は高プロトン伝導性電解質材料の開発と、リーク電流による効率低下抑制を目指した異種接合体の開発を行った。非ペロブスカイト型構造を有するセリウム酸ランタン(LCO)を対象とし、高プロトン伝導性材料の開発を行った。高プロトン伝導性材料の開発は、高効率再生形燃料電池システムの実現に必要な高プロトン・電子混合伝導性材料への応用が期待されるものである。LCOについてLa/Ce比を変えた試料を合成し、相状態の確認と導電率測定を行った。その結果、La:Ce=2.6:1.4(LCO26)の試料までは単相で合成され、さらにLa量が増えると酸化ランタンが不純物として確認された。導電率については、単相合成された試料ではLa量の増加とともに導電率の上昇が確認され、LCO26で最も高い導電率を観測した。上記で開発されたLCO26と、筆者らがこれまで研究対象としてきたタングステン酸ランタン(LWO67)を用いた異種接合体による電解質を作製し、その界面におけるリーク電流抑制効果の検討を行った。プロトン伝導性材料中ではマイナーキャリアであるホールの伝導によってリーク電流が発生し、燃料電池全体の効率低下が懸念されている。LWO67は高プロトン伝導性と低ホール伝導性を併せ持つ材料であることが筆者らのこれまでの研究から明らかになっており、他のプロトン伝導性材料と組み合わせることでホール伝導抑制層として機能することが期待される。LWO67をLCO26を組み合わせた多層電解質セルを用いて起電力測定を行った結果、LCO26のみを電解質として用いたセルと比較して高い起電力が観測され、多層電解質界面でリーク電流が抑制された可能性が示された。今後、多層化する材料の組み合わせを変えることで性能の向上が期待される。