モデル電極を用いたプロ卜ン伝導セラミック燃料電池空気極の反応機構解析

摘要

プロトン伝導セラミック燃料電池（PCFC)は、中低温作動SOFCとして期待され、近年盛んに研究開発が行われている。中でも、空気極では大きな電圧損失が生じ、燃料電池全体の性能を左右すると指摘されている。空気極を高性能化するには、電極反応機構を理解し、電極材料や構造を最適化することが重要である。そこで本研究では、多孔体電極の構造を単純化した、反応機構解析のためのパターン緻密膜モデル電極に対し、才ぺランド'マイクロX線吸収分光測定を行った。その結果、La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)(LSC64)を空気極に、BaZr_(0.8)Yb_(0.2)O_(3-δ)(BZYb)を電解質に用いた場合、三相界面（TPB)の有無で電極反応機構が異なることが分かった。TPBがある場合、酸素の化学ポテンシャル勾配を駆動力とするTPB経由の反応経路が存在することが示された。TPBが関与するこの反応経路の存在は、同電極が電子-プロトン混合伝導性が期待されていないにも関わらず、PCFC空気極として高い性能を示す要因の一つとして考えられる。