成果報告書詳細
管理番号20110000001284
タイトル平成22年度成果報告書 戦略的国際標準化推進事業 標準化先導研究 固体酸化物形燃料電池セル・スタック耐久性試験方法に関する標準化
公開日2011/7/28
報告書年度2010 - 2010
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P04002
部署名技術開発推進部
和文要約日本では世界に先駆けて2007年からSOFCのフィールド試験も開始され、商用化に向けて、実用的なSOFCシステムの開発が精力的になされている。 これらの開発の中でもSOFCセル・スタックの耐久性の確認、向上は商用化のために不可欠な開発項目の一つであるが、SOFCでは燃料流量・組成、空気流量、燃料利用率、空気利用率、温度等の運転パラメータおよびセル・スタック周辺部材の形状・材質によって同一のセル・スタックでも性能が大きく異なるため、耐久性試験では多数の制御項目を長時間、計画通りに精度良く保つ必要があること、SOFCに求められている耐久性は性能低下0.25%/1000時間以下と、測定精度上も高精度な計測が要求されることなどが耐久性評価の際の障害となっている。 また、現状では一定電流運転条件下でセル・スタックの電圧低下により耐久性が規定されることが多いが、高電流密度条件と低電流密度条件で比較すると前者の方が見かけ上高い劣化率を示すなどの問題点がある。一般に耐久性の細部の定義、測定方法、測定条件等は各社ごとに異なっているが、それらに関する情報の開示はまちまちでありセラミックスメーカーがシステムメーカーにセル・スタックを販売する際、耐久性の表示、保証等を難しくしている。 一方、ヨーロッパでは域内の国研が中心となり、共通化可能なことは共通化して国際標準化を図ろうとし、特に耐久性評価に関しては耐久性評価だけの国際会議を開催するなど活発な活動をしている。さらに、中国、韓国、シンガポールなどでは海外からの技術も導入しつつ、SOFCのセル・スタックの製造技術の開発を行い低コストセルの実用化を目指している。 このような状況の中、日本のSOFC開発における優位性を保ちつつ、必要に応じて海外への生産展開を図りながらシステム開発、商用化を加速するためには日本の技術を反映したSOFCセル・スタック耐久性試験法の標準化が必要と考られる。 そこで、本先導研究ではこのような問題点に対し、SOFCセル・スタックの性能・耐久性およびその試験方法を精力的に研究しているヨーロッパを中心に現状実施されている耐久性試験法の例を、調査・整理するとともに、これまで産総研が実施してきたSOFCの性能評価技術の研究開発結果などを参考にセル・スタックの耐久性試験について物理化学的に考えて妥当な耐久性指標のあり方、耐久性試験方法およびそれらの測定上の技術的課題をまとめた。 また、SOFCセル・スタックの開発者、使用者、各種試験方法の国際標準化関係者からなる「固体酸化物形燃料電池セル・スタック耐久性試験方法に関する標準化先導研究委員会」を組織し、上記研究内容等の妥当性を審議頂くとともに、国際標準化研究開発の課題、想定される研究開発内容を整理した。
英文要約Ahead of the world, the demonstrative research on the field of SOFCs has started since 2007 in Japan, and the researches and the developments of practical SOFC systems have been progressed energetically for commercialization. Improvement and verification of the durability of the SOFC cell/stack is one of the most important issues in these research for commercialization. As far as SOFC is concerned, not only the operating conditions such as fuel flow rate, its composition, air flow rate, fuel utilization, air utilization and operating temperature, but also the geometry and the material of peripherals affect the performance of SOFC significantly. Therefore, following points are considered to be the critical issues in the durability evaluation. 1) Controlling a number of control items with good precision during long durability testing time. 2) Improvement of measuring precision for evaluating degradation rate less than 0.25% /1000 hours. In addition, although the durability is often prescribed by the voltage change of the cell stack under constant current condition, using this method, the degradation rate at the high current density condition tends to become larger than that of the low current density condition in appearance. Moreover, in each durability test, details of definition of degradation, the measuring methods and conditions are generally different among the SOFC cell/stack developers and system developers and this inconsistency, in turn, makes the correct evaluation of durability and the assurance of cell/stack performance extremely difficult. For these problems, European countries have shown activity for establishing international standardization for SOFC durability test methods while Asian countries such as China, south Korea, Singapore etc., are progressing their SOFC processing technique for developing low cost SOFCs. Under these circumstances, international standardization of the SOFC cell/stack durability test methods which reflects Japanese technology is requisite to maintain Japanese superiority in the SOFC development and to accelerate system development and commercialization while planning the development of production footholds to the foreign countries if necessary. Therefore, in this feasibility study, examples of durability test methods which are carried out especially in Europe are investigated. They were then compared with the performance evaluation methods AIST has ever been researching. At the same time, physico-chemically desirable index for the evaluation of durability was discussed and summarized. As a result of the investigation, technical problems in a durability test method are compiled. Furthermore, the committee which is consisted with a developer of the SOFC cell stack, a user and personnel expert in international standardization of various test methods was organized and the problems and the R & D plan for international standardization of a durability test method for SOFC cell/stack were discussed.
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