成果報告書詳細
管理番号20110000000895
タイトル*平成22年度中間年報 固体酸化物形燃料電池システム要素技術開発/耐久性・信頼性向上に関する基礎研究/三相界面についての劣化現象と微細構造変化の相関付け 
公開日2012/2/17
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人東京大学大学院工学系研究科
プロジェクト番号P08004
部署名新エネルギー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
電気化学反応の舞台となる三相界面について,電極反応に影響を及ぼす因子を電極微細構造との関連から明確にする.これらの知見をシミュレーション手法と組み合わせて,電極材料,電極作製法,電極構造,運転条件等の提言を行う.本年度は以下の項目について実施した.
「3次元微構造の直接測定とデータベースの構築」レベルセット法を用いて,FIB-SEM(Karl Zeiss 社NVision40)により測定したNi-YSZ 燃料極のNi 表面を定量化した.レベルセット法とは,符号付き距離関数(Signed Distance Function,SDF)
を用いて界面の抽出を行う手法であり,SDF の微分および2 階微分をとることで,界面の法線ベクトルや曲率を容易に計算することができる.図1 に,レベルセット法で定義されたNi 表面を示す.YSZ-Ni 表面の平均曲率半径は731 nm,Ni-空隙の平均曲率半径は701 nm,Ni-空隙の平均曲率半径は520 nm であった.また,三相界面における各相の法線ベクトルから接触角を算出した.
平均接触角は,Ni 相が142.2°,YSZ 相が127.1°,空隙相が113.8°であった.ただし,標準偏差がそれぞれ40.0°,30.5°,20.7°と非常に大きな値をとった.平均接触角から,界面での平均表面張力の比を求めたところ,Ni/YSZ: Ni/空隙: YSZ/空隙 = 1.32:1.22:1.0 であった.
英文要約Title: Development of component technologies for solid oxide fuel cell system
/ Basic research on durability and reliability
/ Relationship between degradation phenomena and microstructure at three phase boundary
(FY2008-FY2010) 2010 Annual Report
Three dimensional microstructures of Ni-YSZ anode was reconstructed by FIB-SEM (Karl Zeiss NVision40).
Level set method was introduced to investigate the normal vectors and curvatures of interfaces. With the
normal vectors at the three phase boundary, contact angles were calculated. Obtained contact angles were
gamma_Ni = 142.2 deg,gamma_YSZ = 127.1 deg and gamma_Pore =113.8 deg. In addition, surface tension
ratios between Ni-Pore, Ni-YSZ and YSZ-Pore interfaces were obtained. Their ratios were found to be
theta_Ni/YSZ: theta_Ni/Pore: theta_YSZ/Pore = 1.32:1.22:1.0 In order to improve the accuracy of the three
dimensional overpotential calculation, two gas diffusion models, i.e. Dusty Gas Model and Cylindrical Pore
Interpolation Model, were tested in the lattice Boltzmann numerical simulation code. The predicted
overpotentials with two different gas diffusion models showed nearly the same overpotential values, which
indicates that present numerical simulation is robust against the choice of gas diffusion models.
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