EPD法によるSOFC用酸化物電極の作製技術

愛媛大学大学院 理工学研究科 物質生命工学専攻教授 八尋 秀典教授 定岡 芳彦

研究背景

固体酸化物形燃料電池（SOFC）の発電効率の向上

(1)電解質膜の低抵抗化

新規イオン導電体の開発（LaGaO3．．．）

電解質の薄膜化

(2)電極過電圧（電極抵抗）の低下

高機能電極の開発（La-Sr-Fe-Co-O．．）

電極の微細構造制御

研究背景

固体酸化物形燃料電池（SOFC）用電極の作製方法

(1)塗布法

・スクリーンプリント法

・スプレー法

・ドクターブレード法

(2)析出法

・スパッタ法

・蒸着法

電気泳動堆積（EPD）法

電着浴中で粒子を帯電・分散させ、そこに電場を与えることにより、帯電粒子を電極に移動（電気泳動）させ、電着（堆積）させる方法．

電極粉末

分散材

帯電材

電解質

+ -

グラファイト

直流電源

直流電源

研究背景

研究背景

電極の微細構造の精密制御は過電圧低下に重要

-3.2 -3.0 -2.8 -2.6 -2.4 -2.2 -2.0 -1.80.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Cat

hodi

c ov

erpo

tent

ial /

V

log ( i / Acm-2)

制御なし

制御あり

固体電解質

酸化物電極

制御なし

制御あり

プロトン導電性SOFC／ペロブスカイト型酸化物電極

従来技術とその問題点

・研究室レベルで作製するような小型セルでは，スパッタ法や蒸着法が便利．

・スタックを視野に入れた大型セルへはプラズマ溶射法（セラミックスを溶融して析出する方法）が応用．

溶射法→セラミックスインクの作製と管理が不要，再現性に優れるが，大型の装置が必要で，プロセスコストが高い．

(2)析出法

(1)塗布法・プロセスコストに優れるが，電極の微細構造を制御することが困難．

新技術の特徴・従来技術との比較

・微細構造を制御しやすい．

・装置が簡便である．

・複雑な形状の基板への作製が可能である．

・電極だけでなく固体電解質の薄膜化にも利用可

電気泳動堆積（EPD）法の特徴

電極効率を上げるために多孔質化は有効であるが，集電効果は低下する．このトレードオフ的な関係から，電極微細構造の制御が必要である．本技術により従来技術では困難であった電極の精密制御を可能にし，高い燃料電池特性を得ることができた．

想定される用途

・SOFC実用化に向けた円筒型セル，大型セルへの電極を作製できる

・装置が簡便なためコストが削減できる

・微細構造を制御した多層構造の電極作製へ展開できる

想定される業界

燃料電池（特にSOFC）スタックの開発に携わる企業全般

例えば・・・電力，ガス，自動車，電機，石油関連会社など

実用化に向けた課題

・電極微細構造の最適化（ラボスケール）

・ラボスケールからベンチスケールへの展開での種々の問題点

（電極－電解質接合界面の状態，集電能力など．．．）

・スタック形成時の電極作成方法

企業への期待

ラボスケール（小型単セル）での最適な電極微細構造の構築

ベンチスケール（大型セル，スタック）での発電試験

大学

企業

ラボスケールからベンチスケールへの展開での種々の問題点の解決

スタック形成時の電極作製方法の検討

大学&企業

お問い合わせ先

国立大学法人 愛媛大学社会連携推進機構客員教授 小谷哲哉

〒790-8577愛媛県松山市文京町３番TEL：０８９－９２７－９１２６FAX:０８９－９２７－８８２０E-mail：kotani@ccr.ehime-u.ac.jp

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