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イオン－電子(ホール)混合導電性無機材料の開発と燃料電池電極への展開

离子电子（空穴）混合导电无机材料的研制及其在燃料电池电极中的应用

基本信息

批准号：
10J08873
负责人：
浅本麻紀子 (政吉麻紀子)
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Ehime University (2011-2012)The University of Tokyo (2010)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

プロトン導電性ペロブスカイト型酸化物として知られているBaCe_<0.8>Y_<0.2>O_<3-α>にRuを添加したBaCe_<0.8-x>Ru_xY_<0.2>O_<3-α>(BCRYx,x=0.1-0.05)をプロトン導電性固体酸化物形燃料電池の空気極へ応用し,電極評価を行った.BCRYxは酸化物イオン―電子混合導電体であるLa_<0.7>Sr_<0.3>FeO_3(LSF)と複合化させて空気極として用いた(BCRYx-LSF,混合比1:1).BCRYx-LSF複合空気極を用いたセルの発電特性は,LSF空気極を用いたセルの発電特性よりも大幅に低下した.この低下はBCRYxが抵抗成分となっていることに起因すると考えられる.すなわち,空気極作動条件下である湿潤雰囲気中では,BCRYxが十分なプロトン―電子混合導電性を示していないことが問題である.そこで,湿潤空気雰囲気でプロトン―電子混合導電性を示すことが報告されたBaCe_<0.8-x>Pr_xY_<0.2>O_<3-α>(BCPYx,x=0.2,0.3)を調製し空気極としての評価を行ったが,十分な発電特性が得られなかった.これは,BCPYxの電子伝導性が不十分なためであると考えられる.電子伝導性を向上させるためにBCPYxもLa_<1-x>Sr_xCoO_3やLa_<1-x>Sr_xCO_<1-y>Fe_yO_3などの電子伝導性の高い酸化物と複合化させる必要があることがわかった.理想的な空気極および燃料極を構築するためにEPD法を用いて積層電極の作成を行った.Ni/YSZ燃料極において,電解質に近いところは,反応場を拡大と電解質との接着を向上するためにNiとYSZを50:50で混合したNi(50)/YSZを用いた.また,電解質から遠い,つまり集電剤に近いところは,集電効果を向上させるためにNiとYSZを70:30で混合したNi(70)/YSZを用いた.これらNi添加量のことなるNi/YSZをEPD法により積層化して堆積させ,これら積層電極の燃料電池評価を行った.しかしながら,積層電極よりも単層電極を用いた方が発電特性が向上した.これは,EPD法で積層化するときに二層間に大きな界面抵抗が生じたことに起因すると考えられる.一層目(Ni(50)/YSZ)と二層目(Ni(70)/YSZ)の膜厚や気孔率を最適化する必要があることがわかった.また,空気極も同様にLa_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3(LSM)/YSZ(一層目)とLSM(二層目)の積層電極をEPD法により作製し,積層電極の燃料電池評価を行った.特に反応場の拡大を目的として一層目のLSM/YSZの膜厚の最適化を行った.LSM/YSZが4μmのときに最も過電圧が低下し,高い発電特性が得られることがわかった.従って,混合比50:50のLSM/YSZでは4μm以上は反応場として有効に使われていないことが示唆された.

BaCe_<0.8>Y_<0.2>O_<3-α> and Ru are added to BaCe_<0.8-x>Ru_xY_<0.2>O_<3-α>.(BCRYSTx,x=0.1-0.05) Air Electrode Performance of Conductive Solid Acid Fuel Cells Electrodes and Electrodes: La_ Sr_FeO_3, BCRYSTx, La_ Sr_FeO_3, La_<0.7>Sr_ FeO_3 and La_ Sr_<0.3>FeO_3(LSF)(BCRYST-LSF, mixing ratio 1:1). The conductivity characteristics of BCRYST-LSF composite air electrode are significantly lower than those of LSF air electrode. The cause of the low BCRYSTx resistance is discussed. BCRYSTx is a very good example of electron mixed conductivity under the condition of air electrode actuation. In this paper, we report that BaCe_<0.8-x>Pr_xY_<0.2>O_<3-α>(BCPYx,x= 0.2, 0.3) is modulated by wet air-to-electron mixed conductivity. The electronic conductivity of BCPYx is not very high. Electronic conductivity of BCPYx La_<1-x>Sr_xCoO_3 La_<1-x>Sr_xCO<1-y>_yO_3 and electronic conductivity of highly acidic compounds and complexes are necessary. An ideal fuel electrode is fabricated by EPD method.Ni/YSZ fuel electrode is fabricated by mixing Ni and YSZ at a ratio of 50:50. The electrolyte is mixed with Ni(70)/YSZ at 70:30. The Ni/YSZ EPD method is used to evaluate the fuel cell performance of multilayer electrodes. In addition, the multilayer electrode and the single-layer electrode are used to improve the conductivity characteristics. The EPD method is used to study the causes of the interface resistance between the two layers. Optimization of film thickness and porosity between Ni(50)/YSZ and Ni(70)/YSZ is necessary. The multilayer electrode of La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3(LSM)/YSZ(one-layer) and LSM(two-layer) was fabricated by EPD method. The optimum thickness of LSM/YSZ film is achieved by optimizing the thickness of LSM/YSZ film. The maximum overvoltage of LSM/YSZ film is 4μm, and the high dielectric constant is obtained. The mixing ratio of LSM/YSZ is 50:50, and the reflection field is more than 4μm.