客观日本

中部大学开发新一代燃料电池用新空气极材料

2019年05月07日 化学材料
日本语

日本中部大学开发出了用于固体氧化物型燃料电池(SOFC)电极的新型空气极材料,SOFC作为家用燃料电池系统“ENE-FARM”正逐渐普及,工作温度约为750℃。采用此次新开发的空气极材料,就能将工作温度降至500℃出头。由此一来,就可以使用价格低廉但容易受高温腐蚀的铁氧体基不锈钢,有望大幅削减成本。另外,随着工作温度降低,启动性也得到提高,所以移动体也可以使用,可考虑应用于飞机的辅助电源(APU)和EV的增程发动机。

以前,SOFC的空气极采用氧离子和电子均移动的氧离子-电子混合导体,整个电极表面都是反应场,因此氧离子-电子混合导体一直都被认为是实现高性能空气极的必要条件(图1(a))。但此次开发的空气极通过使氧离子几乎不会在空气中导电的镧镍氧化物(LaNiO3,图1(b))与作为氧离子导体的氧化钆掺杂氧化铈(GDC)相结合(复合化,图1(c)),实现了高性能化。电离并捕获氧的主要反应场会形成GDC、LaNiO3和气相的三相界面,看起来似乎不利于提高性能,但实际电极反应活性非常高,与以前的材料镧锶钴铁氧化物(LSCF)相比,在550℃的温度下显示出10倍以上、在500℃的温度下显示出18倍以上的电极性能(界面导电率,图2)。今后,通过优化制作条件,预计在500℃出头的温度下也能将电极性能提高至与LSCF在750℃时相同或更高的水平。

中部大学开发新一代燃料电池用新空气极材料

图1:新型空气极的反应机制与电极结构

(a) 采用氧离子-电子混合导体的空气极的反应机制:整个电极表面都会发生电极反应,因此被认为有望提高性能。
(b) 新型空气极的反应机制:在空气中,电子导体LaNiO3的氧离子几乎不导电,因此电离并捕获氧的主要反应场会形成LaNiO3、GDC和气相的三相界面。但由于电极反应活性非常高,所以实现了高性能化。
(c) 新型空气极的电极结构:为增加三相界面,虽然拥有LaNiO3与GDC的多孔复合结构,但颗粒的粒径为亚微米级尺寸,与以往的电极为同等水平。

中部大学开发新一代燃料电池用新空气极材料

图2:空气极的性能比较

今后打算与其他研究机构和企业合作,结合此次开发的新空气极材料、固体电解质和燃料极,开发在500℃出头的温度下工作的移动物体用SOFC。(日文发布全文

文:JST客观日本编辑部

专题网页