日本中部大學開發出了用於固體氧化物型燃料電池（SOFC）電極的新型空氣極材料，SOFC作爲家用燃料電池系統「ENE-FARM」正逐漸普及，工作溫度約爲750℃。採用此次新開發的空氣極材料，就能將工作溫度降至500℃出頭。由此一來，就可以使用價格低廉但容易受高溫腐蝕的磁瓷基不鏽鋼，有望大幅削減成本。另外，隨着工作溫度降低，起動性也得到提高，所以行程體也可以使用，可考慮應用於飛機的輔助電流源（APU）和EV的增程引擎。
以前，SOFC的空氣極採用氧離子和電子均行程的氧離子-電子混合導體，整個電極表面都是反應場，因此氧離子-電子混合導體一直都被認爲是實施高性能空氣極的必要條件（圖1(a)）。但此次開發的空氣極透過使氧離子幾乎不會在空氣中導電的鑭鎳氧化物（LaNiO3，圖1(b)）與作爲氧離子導體的氧化釓摻雜氧化鈰（GDC）相結合（復合化，圖1(c)），實施了高性能化。電離並擷取氧的主要反應場會形成GDC、LaNiO3和氣相的三相介面面，看起來似乎不利於提高性能，但實際電極反應活性非常高，與以前的材料鑭鍶鈷鐵氧化物（LSCF）相比，在550℃的溫度下顯示出10倍以上、在500℃的溫度下顯示出18倍以上的電極性能（界面導電率，圖2）。今後，透過最適化製作條件，預計在500℃出頭的溫度下也能將電極性能提高至與LSCF在750℃時相同或更高的水平。
圖1：新型空氣極的反應機制與電極結構
(a) 採用氧離子-電子混合導體的空氣極的反應機制：整個電極表面都會發生電極反應，因此被認爲有望提高性能。
(b) 新型空氣極的反應機制：在空氣中，電子導體LaNiO3的氧離子幾乎不導電，因此電離並擷取氧的主要反應場會形成LaNiO3、GDC和氣相的三相介面面。但由於電極反應活性非常高，所以實施了高性能化。
(c) 新型空氣極的電極結構：爲增加三相介面面，雖然擁有LaNiO3與GDC的多孔複合結構，但顆粒的粒徑爲亞微米級尺寸，與以往的電極爲同等水平。
圖2：空氣極的性能比較
今後打算與其他研究機構和企業合作，結合此次開發的新空氣極材料、固態電解質和燃料極，開發在500℃出頭的溫度下工作的行程物體用SOFC。（日文發佈全文）
文：JST客觀日本編輯部
