蛍石–ペロブスカイトヘテロ界面エンジニアリングによる固体酸化物形電解セルでのCO2電解性能向上
Fluorite–Perovskite Heterointerface Engineering Boosts CO2 Electrolysis Performance in Solid Oxide Electrolysis Cells
固体酸化物形電解セル(SOEC)は、再生可能電力貯蔵やCO2を付加価値の高い化学品・燃料への変換に有望な経路を提供するが、高温動作環境のため効率的で安定した燃料電極材料の開発が必要である。過去の研究で開発されたペロブスカイト材料Sr0.9Ti0.45Fe0.5W0.05O3−δ(STFW)は有望なSOEC燃料電極であり、さらなる最適化が期待される。本研究では、蛍石型Pr0.1Ce0.9O2−δ(PCO)を多孔質STFW燃料電極に浸透させるヘテロ界面エンジニアリング戦略を開発し、高活性なPCO-STFW複合燃料電極を構築した。最適化された30PCO-STFW(PCO 30 μL)電極は、800°Cで0.14 Ω cm2の分極抵抗を達成した。30PCO-STFWを燃料電極として用いた単セルは、800°C、1.5 Vで1.33 A cm−2の電解電流密度を示し、これはSTFWセルと比較して23%高い値である。さらに、30PCO-STFWセルは800°C、1.2 Vで70時間比較的安定した動作を維持した。本研究は、PCOによる蛍石–ペロブスカイト界面エンジニアリングがSTFW燃料電極の表面反応環境を効果的に調節し、SOECにおけるCO2電解性能を向上させるための効果的な戦略を提供することを示す。
- 蛍石型Pr0.1Ce0.9O2−δ(PCO)を多孔質ペロブスカイトSTFW燃料電極に浸透させるヘテロ界面エンジニアリングにより、PCO-STFW複合燃料電極を構築した
- 最適化した30PCO-STFW電極は800°Cで分極抵抗0.14 Ω cm2を達成した
- 30PCO-STFWを燃料電極に用いた単セルは800°C・1.5Vで1.33 A cm−2の電解電流密度を示し、STFWセル比で23%高い
- 30PCO-STFWセルは800°C・1.2Vで70時間の比較的安定した動作を維持した
SOECによるCO2電解は再エネ余剰電力の貯蔵とCO2の燃料・化学品変換を同時に狙える領域であり、本件は材料レベルでの性能改善報告です。注目点は、蛍石型PCOを多孔質STFW燃料電極に浸透させる界面エンジニアリングで、800°C・1.5V時に1.33 A cm−2とSTFW単体比23%高い電解電流密度を達成し、1.2Vで70時間の安定動作を示したこと。分極抵抗0.14 Ω cm2という数値は電極側の損失低減を示し、SOECの実用化ボトルネックである高温耐久性と効率の両立に寄与し得ます。ただし現段階はラボ規模の材料研究であり、セル面積拡大・スタック化・長期劣化・希少元素コストの検証が今後の投資判断ポイントになります。