成果報告書詳細
管理番号20100000001292
タイトル*平成21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/高温円筒横縞型耐久性の評価と不純物に対する影響評価
公開日2011/4/20
報告書年度2009 - 2009
委託先名三菱重工業株式会社
プロジェクト番号P08004
部署名燃料電池・水素技術開発部
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
(1)実施概要
【中間評価まで】
「信頼性向上プロジェクト」で抽出された課題を改善するため、高温円筒横縞形スタックの発電試験条件が物質の拡散状態ならびに三相界面近傍の組織変化に及ぼす影響を解析すると共に、性能劣化との相関を比較分析することで劣化現象の把握と劣化機構の解明を行う。また空気中に含まれる微量不純物が、耐久性に及ぼす影響を評価するとともに、試験後に解体調査し、劣化現象の把握と劣化機構の解明を行うことで技術課題を抽出する。試験後の解体分析および微量不純物の影響につい
ては、大学および研究機関と連携して進める。
【中間評価後】
劣化要因に対する改善を施したセルスタックにて、5000 時間程度の耐久性試験を行い、目標とする耐久性40,000 時間(電圧低下率 0.25%/1000h)への見通しを得る。また起動停止試験もセルスタックにて実施し、起動停止回数250 回の見通しを得る。更に微量不純物については、抽出された技術課題を基に電池材料に及ぼす影響を評価する。
(2)目標
【中間目標】
試験条件が物質の拡散状態ならびに三相界面近傍の組織変化に及ぼす影響を解析し、劣化要因の特定と劣化機構の解明を行うことで改善点を明確にする。また空気中に含まれる微量不純物がセルスタックの耐久性に及ぼす影響を評価し、劣化現象の把握と劣化機構の解明を行うことで技術課題を抽出する。
【最終目標】
改善を施したセルスタックにて耐久試験を行い、4000 時間で1%以下の電圧低下を達成すると共に、4万時間(電圧低下率0.25%/1000 時間)の見通しを得る。また起動停止試験もセルスタックにて実施し、起動停止回数250 回の見通しを得る。
英文要約Development of System and Elemental Technology on Solid Oxide Fuel Cell /
Basic research for improving of durability and reliability /
Durability Evaluation of segmented-in-series tubular type stack used at high temperature and the influence evaluation to impurities
In order to understand and clarify degradation phenomena and mechanism of segmented-in-series tubular type cell stack used at high temperature, we analyze correlations of performance degradation and microstructure-change or material inter-diffusion at three phase boundary vicinity depending on change of power generation test condition.
Cr poisoning supplied from the metal tube for air supply/discharge was presumed to be a cause of degradation in the previous reliability improvement project. For this reason, durability tests are executed with the power generation apparatus changed to ceramics tube in this project. Examinations for predicting durability of module, i.e., temperature distribution, high utilizations of fuel and air, are also carried out. Further, it is assumed that impurities mix in the air supplied in the module from the thermal insulation used for the circumference of cell stacks. The influence of the air including the thermal insulation impurities is also evaluated. The cell stacks after the durability tests are analyzed and technical issues are extracted by understanding and investigating the degradation phenomena and mechanism before intermediate evaluation of this project. The analysis after durability examinations and the influence validations of impurity cooperates with universities and research institutions in order to investigate in detail.
In order to compare the influence on durability of cathode interlayer (CIL) materials, cell stacks using (La, Sr)MnO3-YSZ (type 2) and (Sm, Ce)O2 (type 3) to CIL were fabricated. Durability of type 3 improved rather than type 2. However, in the durability tests of temperature distribution and utilization changes of fuel and air, the cell of a low-temperature region of 800 ℃or less deteriorated than that of high temperature region. And the influence of thermal insulation impurities showed that the deterioration rate became large after 4000 h.
Analysis of the cell stack after durability test applying LSM-YSZ was carried out in collaboration with the university and the research institution, in order to investigate degradation phenomenon in detail. The degradation phenomena were understood in general by analyzing the microstructure and element distribution of cathode/electrolyte interface by FE-SEM, FIB-SEM, and STEM. In addition, the amount of Cr deposition at cathode/electrolyte interface decreased about two columns by changing into the ceramic tube from the metal tube. Further studies of the cell stack using SDC CIL are now underway to investigate the degradation factor and mechanisms for durability improvement.
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