高いプロトン伝導性と化学的安定性を兼ね備えた電解質材料を開発

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400度で動作する固体酸化物型燃料電池開発へ前進

2020-05-28 九州大学,宮崎大学,科学技術振興機構

九州大学 稲盛フロンティア研究センター、九州大学 大学院工学府 材料物性工学専攻および九州大学 エネルギー研究教育機構の山崎 仁丈 教授は、九州大学 稲盛フロンティア研究センターの兵頭 潤次 特任助教、九州大学 大学院工学府 材料物性工学専攻の北林 康喜 氏(修士課程2年)、星野 健太 氏(博士課程3年)および宮崎大学 工学教育研究部の奥山 勇治 准教授らと共同で、400度の中温度で動作する固体酸化物型燃料電池(SOFC)に用いられるプロトン(H)伝導性電解質BaZr0.4Sc0.63-δを開発しました。

SOFCに用いる電解質材料は、結晶粒内と粒界を含んだ全プロトン伝導度が0.01ジーメンス毎センチメートルを超え、かつ燃料電池動作環境に含まれる水素、酸素、二酸化炭素、水蒸気に対して安定でなければなりませんが、このような材料はこれまで見いだされていませんでした。

本研究グループは、ジルコン酸バリウム(BaZrO)にスカンジウムを60パーセントという極めて高い濃度で添加することで、燃料電池動作の目標温度である400度において結晶粒内と粒界を含んだ全プロトン伝導度が0.01ジーメンス毎センチメートルを超えることを初めて見いだしました。さらに、その高いプロトン伝導性は400度において200時間維持され、400度、98パーセントという高濃度の二酸化炭素雰囲気下においても240時間以上安定であることが実証されました。

本電解質を用いた固体酸化物型燃料電池では、中温動作により高価な白金や耐熱材料が不必要となるため、燃料電池の大幅コストダウンが期待されます。

本研究成果は、2020年5月28日(日本時間)にWiley-VCH社が発行する科学誌「Advanced Energy Materials」のオンライン版で公開される予定です。

本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業 CREST(JPMJCR18J3)の支援を受けました。

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