マイクロ波加熱によるSOFC用電解質膜の生成

点击翻译按钮获取中文摘要

環境問題及び資源枯渇問題への対策として高エネルギー変換効率を有する500℃程度で運転する低温固体酸化物燃料電池(Low Temperature Solid Oxide Fuel Cells、LT-SOFCs)を実現するため、本研究では、高い酸化物イオン伝導率を有するランタンガレートLa0.6Sr0.4Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)を、電極材料との間に絶縁性反応相を形成することなく、また、高純度にかつガスリークが生じないよう緻密で結晶性が高く、薄膜化する方法として、RFスパッタリングとマイクロ波誘電加熱を組み合わせる方法の有効性を実証した。電解質薄膜作製は、はじめに1mm以上の厚さを有するNiO-YSZなどから成る積層アノード支持体を形成し、その上にLSGM薄膜をRFスパッタリングで堆積させ、マイクロ波照射誘電加熱及び低温焼結にてLSGMを結晶化した。RFスパッタリングでは、膜の緻密さやスパッタリングされる粒子の大きさなどは、真空度、RFパワーあるいは基板温度などに影響を受け変化したが、いずれの条件においてもSEM観察によって健全である1μm～5μmの薄膜が得られた。なお、成膜速度に応じて緻密さが変化した。得られた膜はマイクロ波誘電加熱によって焼結を進め、結晶性の変化、結晶粒の大きさなどの微細構造変化などから十分に焼結が進む事が判明したが、マイクロ波加熱による温度勾配のある環境での作成のため温度の評価ができなかった。そこで、焼結温度を800℃～1100℃まで変化させ、低温における焼結の進行を詳細に調べ対応させた。作成した電解質膜については、インピーダンス測定によって、電解質膜の伝導率を調べるとともに、酸化物イオン輸率を測定し、厚い電解質層に準ずる結果を得、SOFC電解質の大幅な小型化が可能である事が示唆された。