ステンレスの使用が可能な高性能中温域動作酸化物形燃料電池用電極材料創製

创建可使用不锈钢的高性能中温氧化物燃料电池电极材料

基本信息

批准号：
16F16761
负责人：
森利之
金额：
$ 1.41万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-10-07 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16761/
关键词：
極微量貴金属酸化物蒸着中温域SOFC アノード活性サイト設計界面欠陥構造蒸着・還元表面欠陥構造シミュレーションアノード過電圧低下酸化物蒸着界面活性化酸化物形燃料電池中温域動作微細構造観察酸化物薄膜蒸着酸化物燃料電池

项目摘要

マグネトロン・スパッタ法を用いて、中温域固体酸化物形燃料電池（SOFC）中のアノード層上に、100ppm (= mg kg-1)前後の極微量Pt族金属酸化物の蒸着と水素還元を行い、これまで難しいとされてきた高活性な3相界面作製のための新規活性サイト創製を行った。本来、Pt族金属は、元素としても類似の性質を示すことが予想されるものの、3価のRh（Rh3+）を極微小量蒸着して得られたアノード内3相界面の電極性能は、2価のPt（Pt2+）を極微小量蒸着して得られたアノード内3相界面の電極性能を大きく上回るとともに、700℃というSOFC動作温度において従来型のサーメット形アノードが示していた活性の約3倍程度の高い活性を示すことを、参照極と電流遮断法を用いたアノード過電圧測定及びカソード過電圧測定結果から確認することができた。また、その性能安定性を100時間程度、ターフェル領域におけるセル電圧の安定性を基に検討した結果、従来型のサーメット形アノードの性能低下に比しても、十分に高いセル電圧の安定性を示すことも分かった。こうした効果が得られた理由を考察するべく実施した、Ni(111)表面における欠陥構造シミュレーション（Code:　GULP、Empirical potential: Buckingham）の結果は、白金族金属カチオン、酸素欠陥（3相界面近傍であることから生じる欠陥）及びNi格子欠陥からなる会合欠陥クラスターからなる界面が、YSZ表面と、3相界面近傍で部分的に酸化したNi表面の間に生じた大きな格子不整合の緩衝層の役割を担い、YSZ表面のみで発生していた水分子生成反応が、部分的に酸化したNi表面上でも起こることで、アノード表面における過剰な過電圧の低下を可能にするという、ユニークな異種界面アノード反応サイトの設計が可能であることを示していた。

使用磁控子溅射方法，将超树木组的金属氧化物沉积，并在100 ppm（= mg kg-1）的氢中降低了阳极层在中等温度固体氧化物燃料电池（SOFC）中的阳极层上的氢氧化物（= mg kg-1），从而创造出了高度活跃的活跃位点，从而使高度活跃的活性位点（以实现3次裂料的生产而产生），以实现困难的活跃位点，以实现这一目标，以实现这一目标，以实现这一目标，以实现这一目标，以实现这一目标，以实现这一目标，以实现这一目标，以实现这一目标，这使得这一范围很难。尽管预计PT组金属将表现出与元素相似的属性，但使用参考电极和电流中断方法从阳极过压和阴极过压测量结果中得到证实，即三相性能在阳极中的电极性能通过沉积阳极的电极性能，通过沉积了driverent RH（Rh3+）的较小范围（RH3+）的Extry evigh of Evigr of Evigr of Evigr exigr evighs dival extrys evigr evigr（PT）（PT）通过在SOFC工作温度为700°C下，通过沉积二价PT（PT2+）的阳极界面的三相界面，并且显示出比常规CERMET阳极的活性高三倍。此外，根据塔菲尔区域的细胞电压的稳定性检查了大约100小时的性能稳定性，并且发现与常规CERMET阳极的性能降解相比，细胞电压稳定性足够高。 The results of defect structure simulations (Code: GULP, Empirical potential: Buckingham) on the Ni(111) surface, which were carried out to examine the reasons for this effect, showed that a unique heterologous interface anode reaction site is possible, in which an interface consisting of platinum group metal cations, oxygen defects (defects resulting from the vicinity of the three-phase interface) and an association defect cluster, which consisted of一个关联缺陷群集，是YSZ表面和Ni表面之间发生的大晶格不匹配的缓冲层的作用，部分在三相界面附近被氧化了，并且仅在YSZ表面上发生的水分子产生反应也出现在部分氧化的Ni表面上，从而使过度氧化的Ni表面上的氧化无效的效率高度无效。