燃料電池の開発

寺井・鈴木研究室では、原子力発電により得た電気を用いて製 造した水素をエネルギーキャリアとする水素エネルギーシステムの確 立により化石燃料消費量を低減してエネルギーセキュリティを向上さ せる立場で燃料電池の研究を進めている。

SOFCは燃料電池の中で最もエネルギー変換効率が高く、集合 住宅や戸建て住宅などに用いられる電気・熱コージェネレーションシ ステムの材料コスト低減による実用化推進に向け、運転温度低減 が望まれている。しかし、SOFCは、運転温度を低減するとエネル ギー変換効率が低下する。その主たる原因は、空気極電極にお ける反応抵抗増大と電解質膜におけるイオン伝導抵抗の増大であ る。そこで、高エネルギー変換効率を維持しながら、周辺部材に安 価なステンレス鋼の使用が可能となる500℃までSOFCの運転温度 を低減するため、新規空気極材料の開発や新規電解質膜作製方 法の研究を行っている。

低温運転時の空気極の反応抵抗を低減させるため、銀電極を 研究している。従来の空気極電極では、図１左側の図中の青丸で 示す電解質と空気極、酸素の三相界面が、主たる電極反応が生 ずる場（酸化物イオンの潜り込む場所）である。この三相界面の面 積が広いほど、反応抵抗が小さい優れた電極となる。しかしこの三 相界面は、電解質と空気極が接している線近傍に限定されている。 これに対し、銀は酸素原子と電子の良導体であるため、銀電極では 電極と電解質が接触している面全体（二相界面）に酸化物イオンの 潜り込み場が増大する（図１右側）。これに加えて、銀には、500℃付 近で高い触媒 活性を有する 利点もある。 したがって、 銀は優れた空 気極電極の材 料となる高い 可能性がある。

低温作動時の電解質の抵抗を低減させるために、500℃でも 高い酸化物イオン導電率を持つ電解質であるLSGM（La0.9Sr0.1 Ga0.8Mg0.2O3-δ）の薄膜作製法を研究している。低温で緻密膜の作 製が可能な、RF マグネトロンスパ ッタリング法を用 いて薄膜電解質 を作製している。