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Research Results 研究成果

高いプロトン伝导性と化学的安定性を兼ね备えた电解质材料を开発

400度で动作する固体酸化物型燃料电池开発へ前进 2020.05.28
研究成果MaterialsTechnology

　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机构の山崎仁丈教授は、九州大学稲盛フロンティア研究センターの兵头润次特任助教、九州大学大学院工学府材料物性工学専攻の北林康喜氏(修士课程２年)、星野健太氏(博士课程３年)および宫崎大学工学教育研究部の奥山勇治准教授らと共同で、400℃の中温度で动作する固体酸化物型燃料电池（厂翱贵颁）に用いられるプロトン(贬?)伝导性电解质叠补窜谤?.?厂肠?.?翱??δ（δは下付き文字）を开発しました。
　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 Scm??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出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％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℃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 Scm??を超えることを初めて見出しました(図)。さらに、その高いプロトン伝導性は400℃において200時間維持され、400℃、98%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。
　本电解质を用いた固体酸化物型燃料电池では、中温动作により高価な白金や耐热材料が不必要となるため、燃料电池の大幅コストダウンが期待されます。
本研究は、ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業CREST(JPMJCR18J3)、科学研究費補助金(JP15H02287、 JP16H06124、JP18H01694)の支援を受けました。
　本研究成果は、２０２０年５月２８日（木）（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ます。

（図）従来、最适な置换元素とされていたイットリウム(驰)においては、0.2程度の浓度で最大値をとることが知られており、驰の高浓度化はプロトン伝导度向上に向けた材料设计には不适でした。スカンジウム(厂肠)を置换したジルコン酸バリウムにおいては、驰とは対照的に、高浓度化により着しく全プロトン伝导度が向上することが分かりました。

研究者からひとこと

今回行った耐二酸化炭素特性试験は、400℃の大気に67年间、暴露したことと同等の试験结果です。开発した材料が固体酸化物型燃料电池の実働条件において、非常に安定であることを示しています。

论文情报

, Advanced Energy Materials,
10.1002/aenm.202000213

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