固体酸化物形燃料電池電極における三相界面反応局所交換電流密度の導出

SOFCの更なる高性能化・低コスト化・高信頼性を実現するためには，大電流密度化によるコンパクト化と，それに伴う劣化を抑制することが重要であり，そのためには基礎研究が必要不可欠である．特に，分極抵抗の大きな割合を占める電極の性能および信頼性の向上が求められている．本年度は導電性酸化物であるLa0.9Sr0.1Cr0.5Mn0.5O3（LSCM）と，混合導電性を示すGd0.1Ce0.9O2 (GDC)のコンポジット電極を対象とした研究を中心的に実施した．LSCM-GDC電極の焼成温度を変化させた際に，1200℃での性能が最もよくなることがわかった．これはある程度の高温でないと焼結が不十分なため，粒子の連結が弱くなる一方で，より高温になると元素の拡散と反応により不活性相が生じるためである．また，スクリーン印刷の回数を変更することで，最適な電極厚みを検討した．交流インピーダンス法により分極特性を測定したところ，約１５ミクロン以上の電極厚みで分極抵抗がほぼ飽和した．このことから，LSCM-GDCコンポジット電極の有効反応厚みは１５ミクロン程度以下であることがわかった．また，LSCM－GDC電極の混合割合を変化させて分極抵抗を測定したところ，最適なLSCM-GDC組成があることがわかった．これはGDC単体の構造の不安定性も寄与していると考えられ，最適組成はより安定な構造を実現できれば変わる可能性がある．今後，詳細な微細構造分析を行い，反応機構の解明を行う．

SOFCの更なる高性能化・低コスト化・高信頼性を実現するためには，大電流密度化によるコンパクト化と，それに伴う劣化を抑制することが重要であり，そのためには基礎研究が必要不可欠である．特に，分極抵抗の大きな割合を占める電極の性能および信頼性の向上が求められている．本年度は導電性酸化物であるLa0.9Sr0.1Cr0.5Mn0.5O3（LSCM）と，混合導電性を示すGd0.1Ce0.9O2 (GDC)のコンポジット電極を対象とした研究を中心的に実施した．LSCM-GDC電極の焼成温度を変化させた際に，1200℃での性能が最もよくなることがわかった．これはある程度の高温でないと焼結が不十分なため，粒子の連結が弱くなる一方で，より高温になると元素の拡散と反応により不活性相が生じるためである．また，スクリーン印刷の回数を変更することで，最適な電極厚みを検討した．交流インピーダンス法により分極特性を測定したところ，約１５ミクロン以上の電極厚みで分極抵抗がほぼ飽和した．このことから，LSCM-GDCコンポジット電極の有効反応厚みは１５ミクロン程度以下であることがわかった．また，LSCM－GDC電極の混合割合を変化させて分極抵抗を測定したところ，最適なLSCM-GDC組成があることがわかった．これはGDC単体の構造の不安定性も寄与していると考えられ，最適組成はより安定な構造を実現できれば変わる可能性がある．今後，詳細な微細構造分析を行い，反応機構の解明を行う．