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物質・材料研究機構など 350℃の低温で作動する燃料電池用電解質を開発

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物質・材料研究機構などの研究グループは、固体酸化物型燃料電池(SOFC)向けに、作動温度350℃の低温で優れた特性を有する電解質を開発したと発表した。電解質材料として、結晶粒界(電気伝導を遮るブロック効果)のない、イットリウムを添加したジルコン酸バリウム(BZY)薄膜の作製に成功し、作動温度350℃において、実用化に必要なプロトン(水素イオン)伝導率を実証した。

現在、実用化されているSOFCの最新電解質にはイットリウム安定化ジルコニア(YSZ)があるが、作動温度は1000℃。ノート型パソコンや携帯電話など携帯電源用の小型SOFCの開発には、450℃以下の作動温度が必要とされている。SOFCは、燃料と酸化剤の供給により連続作動が可能なため、充放電サイクルが不要で、また、単位体積当たりあるいは単位重量当たりのエネルギーがリチウム電池より大きいなどの利点がある。本開発により、350℃という低い温度で作動する燃料電池が可能となり、リチウムイオン電池にかわる携帯電源用マイクロSOFCの実用化の促進が期待されるという。

燃料電池は、水素(燃料)と酸素(酸化剤)の電気化学反応により、電気を発生させる装置。SOFCは、電解質にセラミックを用いたもので、燃料電池のなかで最も発電効率が高いといわれている。この数十年、燃料電池の大幅なコスト削減や寿命向上、さらに中間温度領域(350~600℃)でのSOFCに適した材料の特定に向けて、開発が進められてきた。BZYは優れた化学安定性を有するが、ブロック効果を持つ結晶粒界のためにプロトン伝導率が低かったことなどにより、有効利用されてこなかった。今回の開発では、問題点を回避するために、材料にパルスレーザーを照射してプラズマを発生させ、基板上に薄膜を作製するパルスレーザー堆積法を用いて、結晶粒界のないBZY薄膜を作製。これまでに開発されたSOFC用電解質の中で、トップの性能を持つ固体電解質の1つであることを実証した。従来SOFCに用いられてきた固体電解質の代替材料として期待されている。

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