固体酸化物形燃料電池を低温で動かす新たな機構を発見

固体酸化物形燃料電池を低温で動かす

新たな機構を発見

平成２５年５月１３日

科学技術振興機構（ＪＳＴ）

詳細は、リンクを参照して下さい。

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　ＪＳＴ課題達成型基礎研究の一環として、

ＪＳＴさきがけ研究者の山崎 仁丈らは、

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）注１）

の動作温度を３５０℃にまで下げるための

材料設計指針を明らかにしました。

　燃料電池は、水素などの燃料と空気

（酸素）を反応させて電力を取り出す仕組み

で、環境に優しく効率的な発電装置です。

　使用する材料によってさまざまな方式の

燃料電池が開発されていますが、最も高い

エネルギー変換効率を示すのがＳＯＦＣ

です。

　しかし、現状は動作温度が

７００～１０００℃と高温であることから、

大型発電設備や家庭用発電に用途が限られて

います。

　ＳＯＦＣを多様な用途で使用するには

動作温度を７００℃以下にする必要があり、

さらにノートパソコンや携帯電話向けには、

４５０℃以下の動作温度に下げることが

必要です。

　そこで、電解質注２）の材料を従来の

酸素イオンが伝達する酸化物に代えて、

低温でも高効率に輸送できる水素イオン

（プロトン）酸化物を用いて、動作温度を

下げる研究が盛んに行われています。

　今回、代表的なプロトン伝導性酸化物

としてイットリウムを添加した

ジルコン酸バリウムを用いて、高温下の

プロトンの挙動を観測しました。

　その結果、プロトンの伝導しやすさは、

イットリウムとプロトンの引きつけ合う

力である束縛エネルギー注３）によって

決まることが分かりました。

　また、添加元素とプロトン間の

束縛エネルギーが小さいほど、

プロトン伝導度が向上する法則を発見し、

束縛エネルギーと電解質の動作温度の関係

を明らかにしました。

　このモデルに基づき、束縛エネルギー

が低い添加元素を用いた場合、３５０℃

という中温度域でも燃料電池の動作に十分

なプロトン伝導が得られることが示され

ました。

　今後、このモデルに基づいた材料の

開発により、真に中温度域動作が可能な

高効率な燃料電池の開発だけではなく、

燃料電池に使用できる材料の選択性が

広がることが期待されます。

　本研究成果は、２０１３年５月１２日

（英国時間）に英国科学誌

「Ｎａｔｕｒｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」

のオンライン速報版で公開されます。

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　良さそうです。

　今後に期待ですね。

　これで、もっと安価で高効率な燃料電池ができる

かも知れません。