報告書番号

W01029

タイトル（和文）

燃料極支持形SOFC用材料の開発 -－インターコネクタおよび集電材における熱膨張要因の解明－-

タイトル（英文）

LaCrO3-BASED interconnects and LaMnO3-BASED current collectors IN anode-supported solid oxide FUEL cells-Factors FOR THERMAL expansion OF perovskite-type oxides

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

SOFCの開発では、個々の機能性を最大限生かしてスタックを製造する研究が最重要課題である。当所は、スタック化が容易な電極支持形セル構造の安価な湿式製造法に適したインターコネクタと空気極の開発を行っている。この構造では、電極上でインターコネクタを緻密焼結させる高度な技術が不可欠である。この技術には部分置換法が有効であり、従来のインターコネクタ、およびインターコネクタと接触する電極を部分置換できる元素を熱膨張特性の面から特定ししなければならない。ランタンクロマイト(インターコネクタ)やランタンマンガナイト(空気極)は、ペロブスカイト形構造を有しており、この結晶構造固有の熱膨張特性を示すと考えられる。本研究では電極支持形セル構造用インターコネクタおよび空気極を熱膨張特性から置換元素を限定するため、種々のペロブスカイト形複合酸化物の熱膨張機構を明らかにした。主な成果は以下の通り。(1) 部分置換したランタンクロマイトのTECは、置換元素のスピン状態や価数変化が線熱膨張係数(TEC)に影響を与えることが判り、この現象を利用しジルコニア電解質のTECに近づけること可能なことが判った。(2) La1-xAExMnO3のTECはAE置換量に対して最小値を示す。これは、酸素放出による空孔形成が大きな膨張挙動と結晶系の変化を引き起こす、La1-xAExMnO3特有の現象に起因し、今後酸素空孔の発現を抑制できる部分置換元素の探索が必要であることが判った。

概要 （英文）

Perovskite oxides have been extensively studied by many physicists and chemists, because of a variety of their interesting electrical, magnetical and catalytic properties. In the ABO3 perovskite structure, six oxygen atoms are coordinated around the B-site metal and the resulting octahedrons make the corner-shared network. In addition, oxygen and A-site metals show a cubic close packing. This structure can creates various physical and chemical properties and many materials are used as catalysts, superconductors, energy conversion devices, ferromagnets, and so on. Alkaline earth metal-doped lanthanum chromite and manganite perovskites have been considered to be the most promising candidate for interconnects and cathodes in high-temperature solid oxide fuel cells (SOFC). Since these cell components obviously undergo many thermal cycles from room temperature to operating temperatures, a detailed understanding of their expansion behavior under each atmosphere is indispensable for reducing thermal stress in the SOFC stack. The aim of this study is to clarify the thermal expansion behaviors, their mechanisms and chemical stability of oxides with perovskite structures.

報告者

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