抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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固体酸化物燃料電池(SOFCS)は,高温で直接燃料中に貯蔵される化学エネルギーを電気エネルギーに変換できる全固体電気化学反応装置である。エネルギー変換効率が高く、環境がに、全固体構造及び炭化水素燃料を使用できるなどのメリットがあるため、近年、注目されている。多くの電極材料の中で,NIベースのサーメットは,SOFCSの最も一般的アノード材料であり,それは,金属NIの優れた電子伝導性と触媒性能に起因する。しかし、炭素ベース化合物燃料を使用する場合、従来のNI金属セラミック陽極材料は深刻なコークス化、NI粒子の成長及び硫黄中毒などの問題に直面している。これらの問題はSOFCSの寿命に影響するだけではなく、またSOFCの商業化プロセスを厳重に低下させる。そのため、高触媒活性を持ち、コークスを含有するアノード材料の開発は、炭化水素を燃料とする固体酸化物燃料電池の発展にとって極めて重要である。金属ベースアノードと比較して,酸化物アノードの熱膨張係数は,電解質材料とより整合し,そして,性能は,より高かった。鉄(LSF)は分子式ABO_3のペロブスカイト構造の酸化物であり、高温で高い電子伝導率を有する。本論文では,LSFがカソード材料として優れた性能を示すことを報告した。しかし,LSFがアノード材料として使用されるとき,触媒性能が不足する問題がある。NIドープLA_(0.6)SR_(0.4)FEO_(3-Δ)(LSFN)を研究し,アノード材料としてのそれらの触媒性能を改良した。同時に、LSFNをSOFC作動雰囲気下でその場還元する方法を採用し、LSFN粒子表面に均一に分布したナノ粒子を成長させた。透過型電子顕微鏡(TEM)の結果は,NI-FE合金が偏析した粒子であることを示した。報告によると、NI-FE合金は炭化水素化合物の酸化に対して良好な触媒活性を持ち、そのため、LSFN粒子表面にこのような合金粒子を生成することは陽極材料の触媒活性の向上に有利である。NI-FE合金の均一なナノ粒子析出の理由については,更なる研究が必要である。SOFC電極材料としてのLSFNの性能を研究するために,著者らは含浸法を用いて,LSFN前駆体溶液をイットリア安定化ジルコニア(YSZ)の対称多孔性骨格に浸漬し,焼成により対称構造を有するSOFC単一電池を得た。使用したYSZの一体構造は中間層が薄く、緻密、両辺が厚く、多孔性の三層構造であり、この構造は電解質の厚さを著しく低下させ、単電池のインピーダンスを低下させることができる。この新しい対称電池構造は以下の利点を持つ。アノード表面上に発生する可能性のある炭素と炭素の問題は,アノードと陰極の表面を除去することによって除去される可能性がある。酸化剤(空気)は電極上に吸着された硫黄と炭素粒子を吸着させ、電極を再生させる。さらに,酸化還元の安定した陰極は陰極の寿命を向上させることが期待される。単一電池の電気化学的試験結果により,LSFN/電極電極材料の最適電気伝導率は30WT%であり,これは,低い電気伝導率(<30WT%)のため,連続的電子伝導ネットワークを形成できず,電極の電子伝達能力が不足していることを示した。しかし,LSFN電極材料のことが30WT%以上の場合,電極反応の三相界面が低下し,電池の性能に影響する。750°Cで,LSFNの電極は,C_3H_8を燃料としたとき,開回路電圧(OCV)は約1.18Vに達し,H_2を燃料電池とする電圧よりも高かった。CH_4を燃料とするとき,単一電池の開路電圧は,単一電極のものよりはるかに高い。750°Cで,C_3H_8を燃料としたとき,LSFNとLSFのピーク出力密度は,それぞれ400と230MW/CM2に達した。これらの結果は,NI-FE合金ナノ粒子がNIドーピングとその場焼成によって調製されることを示して,それは炭素ベースの燃料の触媒活性を大いに改良した。長期放電試験の結果によると、LSFは電極の単一電池が試験過程において、排気ガスは類似の黒体の黒い物質を収集することができる。しかし,LSNFは電極の単一電池の試験過程において明らかな焦油状物質の生成は観察されなかった。ガスクロマトグラフィー-質量分析による分析によると、生成物の主成分はリング、,あるいはCCの炭化水素である。これらの結果は,LSF電極がC_3H_8を部分的に酸化するだけで,C_3H_8などの炭化水素燃料の酸化に対して高い触媒活性と良好な耐久性を持つことを示した。NIドープLA_(0.6)SR_(0.4)FEO_(3-Δ)アノード材料は,炭素ベース燃料電池のための有望な電極である。Data from the ScienceChina, LCAS. Translated by JST【JST・京大機械翻訳】
