固体酸化物形燃料電池の開発

固体酸化物形燃料電池は、燃料電池の中で最もエネルギー変換効率が高く、次世代のエネルギー変換デバイスとして期待されています。汎用性を高めるべく作動温度の低下が求められていますが、温度低下に伴って電解質の酸素イオン伝導性が低下し、触媒反応の反応過電圧も大きくなるという問題が起こります。我々は、出力特性を維持しつつ作動温度を低下させることを目的に、電極および電解質層の構造設計に取り組んでいます。

構造設計に基づく低温作動化

電極構造を三次元規則配列多孔化し、電極内のガス拡散性と反応表面積を向上させることで、反応過電圧の低減が可能です。また、電極の多孔質化に加えて電解質層を薄膜化することで発電セル内のオーム抵抗が低減され、800 °C以下の中温域における発電特性を向上できます。さらに電極の内壁を酸素イオン伝導性と電子伝導性を有する混合導電性化合物で修飾することで大幅な出力向上が可能です。このような構造設計を駆使し、400 °Cで1 W cm~-2程度の出力が得られる固体酸化物形燃料電池の実現に取り組んでいます。

図1 三次元規則配列多孔構造を有する固体酸化物形燃料電池

図2 混合導電性化合物による電極内壁の表面修飾