成果報告書詳細
管理番号20150000000637
タイトル平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業 (燃料電池・蓄電池) 次世代SOFCセルスタックPrinted Fuel Cellの大型化開発
公開日2016/3/5
報告書年度2012 - 2012
委託先名FCO Power株式会社
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(燃料電池・蓄電池) 次世代SOFCセルスタックPrinted Fuel Cellの大型化開発

 環境エネルギー分野において、発電力の確保と効率が課題となる中で、高効率かつ燃料の自由度の高い固体酸化物型燃料電池(SOFC)は次世代エネルギー技術として普及が期待されている。しかしながらSOFCが幅広く普及するためには高いコストと低い体積出力密度に起因する設置場所の制限が課題となっている。
 ここで、「印刷技術」、「積層セラミックコンデンサの生産技術」を活用して、低コストかつ高体積出力密度を達成できる次世代SOFCであるPrinted Fuel Cellは普及技術となる潜在力が高い。このPrinted Fuel Cellの実用化を加速するために、本事業では技術開発として大面積化に取り組み、事業開発としてターゲット市場の特定を実施した。
 大面積化を達成するための技術開発として、電極の開発・ガス供給部の開発・熱分布の解析・一体焼結によるスタック製造プロセスの開発の4点に取り組んだ。
電極の開発においては、セルスタックの発電特性を評価するための自動計測機を導入した上で、電極材料の還元条件の最適化と導電経路を構築した。更に高抵抗副生成物の発生を抑制することで、分極を低減した。
 ガス供給部の開発では、大面積化したセルスタックにおいても反りやクラックなどの欠陥なく流路を形成することができた。この結果、ガス供給量は大幅に増加した。また熱分布をCFDシミュレーションした結果、想定されるセルの積層数においては温度分布が問題にならない可能性が示唆された。
 ガス遮断層の構成を最適化するとともに、スラリーの作製条件や焼成条件などを最適化して熱膨張・収縮を制御した結果として、たった1回の一体焼結によって、大面積化した複数のセルを積層させたセルスタックを反りやクラックなく製造できるプロセスを開発して本事業の目標を達成した。
 本開発の結果として、事業開始時点と比較して体積出力密度を約2倍に高めることができた。更に事業開発のためにターゲットとなる市場を絞り込み、実用化を加速するためのビジネスプランを詳細化した。
英文要約Title:New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Fuel cell and battery). Development of Large Size ”Printed Fuel Cell” of Next Generation SOFC Cell Stack (FY2012) Final Report

In environment and energy industry, it has been main issue to secure sufficient power generation and high efficiency. Among next energy technologies, solid oxide fuel cell (SOFC) is expected as strong candidate because of its high efficiency and high fuel flexibility. However, its high cost and low volume power density are obstacle for SOFC to be widely commercialized.
Printed fuel cell , which is a new SOFC, has high potential to lower cost and to increase volume power density dramatically by using printing technology and multi-layer ceramic capacitor technology. In order to accelerate commercialization of Printed fuel cell, in this program we developed to size up Printed fuel cell in area, and also developed market strategy.
First, four topics are developed to size up: (1) electrode, (2) gas transportation, (3) thermal distribution, and (4) fabrication process of Printed fuel cell by using one-time co-sintering method.
For electrode development, automatic measurement systems were designed and installed. By using the systems and other methods, reduction condition of electrode was optimized. In addition, network for electric pass was developed. Furthermore, polarization was decreased by suppressing by-product with high electrical resistance.
In gas transportation development, gas channels were fabricated in large size cell-stack without any crack and flatness deformation. As a result gas transportation increased significantly. In next step, thermal distribution in cell-stack was simulated by using commercial computer fluid dynamics (CFD) software as a function of number of stacked cell. Calculated results show that the temperature range of thermal distribution in cell-stack is relatively small.
In next, fabrication process was developed by adjusting several components, i.g. gas barrier structure, slurry condition, and sintering condition in order to control thermal shrinkage and expansion. As a result, large size stack of Printed fuel cell was fabricated by one-time co-sintering.
Those four developments improved stack performance, and volume power density at the end of this program increased double compared with it at before the program. Finally, some market region were specified for target and business plan was developed for accelerating commercialization of Printed fuel cell.
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