【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.16】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22UT0403
利用課題名 / Title
固体酸化物型燃料電池(SOFC)の電極電解質界面分析
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
水素エネルギー関連材料,半導体微細構造,微粒子,表面・界面,,質量分析/Mass spectrometry,セラミックスデバイス/ Ceramic device,燃料電池/ Fuel cell,全固体電池/ All-solid battery
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
小杉 達哉
所属名 / Affiliation
東京工業大学 花村研究室
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
竹内 美由紀
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
発電中の固体酸化物燃料電池(SOFC)の多孔体酸素極に同位体酸素を供給し、電極内部に同位体でラベリングした後、SOFCセルを急冷して同位体酸素イオンの拡散を停止させた。
その後、NanoSIMS50Lを用いて、SOFC空気極断面の二次イオン質量分析を行った。その結果、SOFC多孔質体酸素極の二次元断面内における同位体酸素濃度分布が得られた。
実験 / Experimental
利用装置：二次イオン質量分析装置(NanoSIMS
50L)
電解質に両面研磨されたYSZ円板、燃料極にNiO/YSZ、空気極にLSM/YSZを使用した2種類の電解質支持型セルを用意した。作成したSOFCセルで同位体酸素を用いて定常発電をした後、取り出したセルの破片をエポキシ樹脂で包埋し、SIMS分析に向けて酸素極断面を平滑に加工した。
加工後にNanoSIMS50Lを用いて真空引きをした後、一次イオンビーム(Cs+)でスパッタリングされた二次イオンを質量分析し、同位体イメージングを行った。
結果と考察 / Results and Discussion
LSM/YSZ空気極を使用したSOFCセルでは、空気極―電解質界面にて、高電流密度下における同位体酸素の濃度分布を確認することができた。また、LSM粒子表面における同位体酸素の交換が確認され、LSMと気相の二相界面において電気化学反応が生じたことが確認された。また、OCV条件下の結果との比較により、電流印加により電極及び電解質への酸素拡散と二相界面における酸素交換反応が促進されることが示された。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究の一部は東京大学微細構造解析プラットフォームの支援を受けて実施されました。関係者の皆様に感謝申し上げます。中でも技術支援をして頂いた竹内様には、測定の相談から実際の測定まで多くの場面で大変お世話になりました。この場を借りて深く御礼申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件