水性モールドキャスティングによる可逆性固体酸化物セル(rSOC)の作製
Reversible Electrolyte-Supported Solid Oxide Cells Fabricated by Aqueous Mold-Casting
本研究では、平面型電解質支持型可逆性固体酸化物セル(rSOC)作製のための、代替となるモールドキャスティングアプローチを提案する。8 mol%イットリア安定化ジルコニア(YSZ)製電解質を、ゲル化剤としてアガロースを用いた水性ゲルキャスティング法で調製した。鋳型はポリ乳酸(PLA)フィラメントを用いた3Dプリントで製作した。緻密で幾何学的制御が可能な電解質を得ることに成功した。燃料電極として多孔質Ni–YSZ、空気極として多孔質ランタンストロンチウムマンガナイト–YSZを用いて完全なセルを作製した。800~900°Cでの燃料電池モード(SOFC)および電気分解モード(SOEC)での電気化学的性能を評価した結果、900°CでSOFCモードで220 mW cm−2のピーク電力密度、SOECモードで1.3 V、340 mA cm−2の注入電流密度を達成した。850°CでのSOFCモードにおける400時間の中期定電流試験では、良好な耐久性と構造安定性を示し、初期安定化期間後、3 mV kh−1の低い劣化率を示した。
- 3Dプリント(PLA)鋳型とアガロース水性ゲルキャスティングによる新しい電解質製造プロセスを実証した。
- 900°CでSOFCモード220 mW cm−2のピーク電力密度、SOECモードで1.3V・340 mA cm−2の注入電流密度を達成した。
- 850°CでのSOFCモード400時間の定電流試験で、3 mV kh−1の低劣化率と良好な耐久性・構造安定性を示した。
固体酸化物形燃料電池/電解セル(rSOC)の製造プロセスに、3Dプリント鋳型とアガロースゲルキャスティングを組み合わせた低コスト・高精度な代替手法を提案する研究。900°CでSOFCモード220 mW/cm2、SOECモードで340 mA/cm2の性能に加え、400時間の耐久試験で3 mV/khの低劣化率を示しており、水素エネルギーの往復変換デバイスとして実用化に向けた製造コスト低減に寄与する可能性がある。エネルギー分野の固体電池・水素関連技術として注目に値する。