報告書番号

W03003

タイトル（和文）

SOFC空気極用ランタンマンガナイトの熱サイクル収縮の現象解明と置換元素の影響

タイトル（英文）

Mechanisms of Thermal Cycle Shrinkage of Lanthanum Manganites and Effect of Dopant Element on Thermal Cycle Shrinkage

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ランタンマンガナイトは、高温で酸素を還元する触媒機能をもつため、固体酸化物形燃料電池(SOFC)用空気極に用いられている。当研究所は、本材料が熱サイクルにより不可逆的に緻密化していく(熱サイクル収縮)現象を発見し、新たな課題を報告した。電極(酸素の還元)反応は空気極と電解質との界面で起こるため、空気極の多孔性を維持することが不可欠である。しかしながら、熱サイクル収縮現象の詳細は明らかになっておらず、熱サイクル収縮現象が空気極の多孔性にどのような影響を与えるか明確でない。本研究では、SOFC用空気極としてよく用いられている組成のランタンマンガナイト(La0.8Sr0.2MnO3)を用い、電極ミクロ構造と熱サイクル収縮現象との関係を明らかにするとともに、昇降温速度と熱サイクル収縮現象の関係を調べた。また、ペロブスカイト構造のAサイトに他の希土類元素、Bサイトに他の元素を部分置換し熱サイクル収縮現象への影響を調べた結果、Aサイト部分置換は熱サイクル収縮現象に効果がないこと、BサイトのMg,Cr,Co,Niの部分置換は熱サイクル収縮に効果があることが判った。特にNi元素置換は熱サイクル収縮を小さくする効果が高く、10モル%Niを置換したLa0.8Sr0.2Mn0.9Ni0.1O3はほとんど熱サイクル収縮を示さなかった。

概要 （英文）

The mechanisms of thermal expansion and shrinkage for sintered La0.8Sr0.2MnO3 samples, with various microstructures, have been investigated in air during thermal cycle measurements between 600 and 1100℃. Linear thermal expansion coefficients (TECs) of the porous samples with initial relative densities < 88 % decreased at temperatures approximately 850℃, and continued to shrink during thermal cycling up to approximately 1000 cycles. The dense samples with relative densities < 88 % showed no shrinkage during thermal cycling and their TEC increased monotonically with increasing temperature. It was found that the shrinkage rates of the samples showed a linear dependency on their initial relative density, and had a tendency to decrease with increasing the heating/cooling rate.The technique for removing shrinkage behavior of porous La0.8Sr0.2MnO3 during thermal cycling by B-site doping (Mg, Al, Ti, Cr, Fe, Co, Ni) has been studied as a cathode tube materials in high-temperature solid oxide fuel cells (SOFC). Mg, Cr, Co or Ni doping was an effective way of decreasing the shrinkage during thermal cycling. Especially, no shrinkage was observed for 10 mol% Ni-doped La0.8Sr0.2MnO3.

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