低コストかつ高性能に向けたSOFCの構成材料及び製造技術の創成

固体酸化物型燃料電池(SOFC)は、その作動温度が約1000℃と高く、また、製造過程においても1200～1400℃の高温にさらされるので、温度変化に対する構成材料間の熱膨張差、電極焼結による性能劣化を伴うため、高温での安定性等に課題がある。また、炭化水素系燃料を含む多様な燃料を直接利用可能というSOFCの特徴を活かすためにも、炭化水素燃料の高温熱分解による炭素析出問題を解決する必要がある。低温化によってこれら課題を総合的に解決することは、SOFCの実用化に資する画期的な技術となる。本研究では、SOFCの電極に適用でき、かつイオン・電子混合導電性を持つ上、高温のみならず中温においても優れた機能が期待できるペロブスカイト型酸化物アノード開発のため、研究室のこれまでの研究成果に基づき、①Pr0.4Sr0.6Co0.9-xFexNb0.1O3-δ(PSCFxN)、②Pr0.4Sr0.6 (Co0.3Fe0.6)1-xNbxO3-δ(PSCFNx)、③(Ce0.1Sr0.9)xCo0.3Fe0.6Nb0.1O3-δ((CS)xCFN)の三種類の材料を重点的に取り上げ、ペロブスカイト型酸化物の性質を改良する有力な部分置換法を用いて機能と構造をナノレベルで制御し、その微細構造の観察と分析、温度依存性の解明と構造改良を通じて最適化の検討を行った。また、安価で量産可能な技術であるプレス形成とコーティング及び一体共焼結製造プロセスによって、電解質支持型高機能対称電極を創出した上で、SOFCアノード材料としての仕様や導電率、電気化学特性の他、炭化水素燃料を供給した場合の炭素析出するメカニズムやアノード特性等を検討した。

固体酸化物型燃料電池(SOFC)は、その作動温度が約1000℃と高く、また、製造過程においても1200～1400℃の高温にさらされるので、温度変化に対する構成材料間の熱膨張差、電極焼結による性能劣化を伴うため、高温での安定性等に課題がある。また、炭化水素系燃料を含む多様な燃料を直接利用可能というSOFCの特徴を活かすためにも、炭化水素燃料の高温熱分解による炭素析出問題を解決する必要がある。低温化によってこれら課題を総合的に解決することは、SOFCの実用化に資する画期的な技術となる。本研究では、SOFCの電極に適用でき、かつイオン・電子混合導電性を持つ上、高温のみならず中温においても優れた機能が期待できるペロブスカイト型酸化物アノード開発のため、研究室のこれまでの研究成果に基づき、①Pr0.4Sr0.6Co0.9-xFexNb0.1O3-δ(PSCFxN)、②Pr0.4Sr0.6 (Co0.3Fe0.6)1-xNbxO3-δ(PSCFNx)、③(Ce0.1Sr0.9)xCo0.3Fe0.6Nb0.1O3-δ((CS)xCFN)の三種類の材料を重点的に取り上げ、ペロブスカイト型酸化物の性質を改良する有力な部分置換法を用いて機能と構造をナノレベルで制御し、その微細構造の観察と分析、温度依存性の解明と構造改良を通じて最適化の検討を行った。また、安価で量産可能な技術であるプレス形成とコーティング及び一体共焼結製造プロセスによって、電解質支持型高機能対称電極を創出した上で、SOFCアノード材料としての仕様や導電率、電気化学特性の他、炭化水素燃料を供給した場合の炭素析出するメカニズムやアノード特性等を検討した。