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2013年5月20日 (月)

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。

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