ＳＯＦＣ多孔質電極の微構造を考慮した直接内部改質反応の評価

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本研究は固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料極において炭化水素燃料の水蒸気改質反応を進行させるいわゆる直接内部改質に注目しするものである．燃料極に含まれるニッケルを触媒として直接内部改質を行うことで，システムの簡略化・低コスト化が可能となるが，水蒸気改質は強い吸熱反応であるため熱管理には一層の注意が必要である．そこで直接内部改質の反応速度の正確な見積もりが必須だが，これまで報告されている反応速度式には大幅なばらつきがある．本研究は，電極微構造と改質反応の相関を実験的に明らかにすること，そして信頼性の高い反応速度式を得ることを目的とする．さらにこれを数値解析に組み込むことで，直接内部改質を伴うSOFCにおける熱管理について基礎的知見を得る．前年度までに，ニッケルとYSZ（イットリア安定化ジルコニア）の混合多孔質の作製および，それを触媒として用いたメタン水蒸気実験を行い，改質後の試料の微構造の観察を行うことにより，多孔質中のニッケル表面積あたりの反応速度式の導出を行った．本年度は得られた昨年度までに得られた反応速度式を用いて数値計算を実施した．平板型SOFCを想定した流路における水蒸気改質を対象とし，空隙率，比表面積，屈曲度ファクタといった多孔質を表現するためのパラメータは微構造観察により取得した値を用いた．さらに，一般的に見かけ表面積当たりで評価される反応速度を，電極微構造を考慮することで電極厚さ方向のガス拡散と電極内の単位触媒面積当たりの反応速度に分離する手法を確立した．これにより電極微構造がわかれば，改質反応実験を行わずともその電極の改質反応速度を見積もることができるようになった．