革新材料プロジェクト

➀ 革新材料プロジェクト
プロジェクト統括：山地克彦、責任者：石山智大
目的：革新材料を実装するための基盤研究の推進（新材料実装の非連続的研究）
●高性能電極のためのヘテロ界面創製(実験場所 つくば中心)：
・ナノレベル制御 空気極ペロブスカイト界面制御(LSC/GDC界面、214/113相界面など）による
表面酸素交換反応速度の向上（過電圧の抜本的改善）
(現状のLSCF系空気極)(700oC)
k~110-7cms-1
表面酸素交換速度係数
交換電流密度：Io=4Fk[O2-]~100mAcm-2
界面抵抗：R=0.1cm2
PLDなどで理想界面創製
・性能向上を示す原理を解明
・実電極に適用
界面抵抗：R～0.01cm2
O2
2Oad
O2-
ナノレベル薄膜電解質
●ロバスト材料の創製(実験場所 つくば中心）：
・金属支持セルを意識した、金属支持体/燃料極/薄膜電解質/ロバスト燃料極セルの可能性検討
・レドックス・高水蒸気下、熱サイクルに耐える燃料極の開発：金属/酸化物界面での材料中不純
物と安定微構造の提案
皆様へのメリット：
・将来に必要となる新材料の探索、適用可能性材料の基礎物性を先行して調査し、実用化までの時
間短縮、コスト削減。(将来技術に対する大幅なR&D費抑制)
1
➀ 革新材料プロジェクト：年次展開と目標
年度
2016
研究項目
表面反応速度促
進材料・構造、メ
カニズム解明
➀-1 ナノヘテロ界
面制御 空気極創製
➀-2 ロバスト材料
創製
2017
2019
実装化・高性能化検討
高性能電極試作
ロバスト要求性能
の整理、被毒・劣
化メカニズム整理
1000万円
2020
表面反応速度：
界面抵抗率：
0.01cm2
耐比毒性：
熱サイクル耐性
：
電極材料・微構造検討
予算概算
2018
1000万円
セル搭載・実試験
1000万円
実装化・高性能化検討
1000万円
1000万円
2
➀ 革新材料プロジェクト 2016年度計画
１．今年度の目標
1.1 ナノへテロ界面制御空気極の創製（LSCF-GDCコンポジッド空気極の開発）：
・コンポジットPLD電極の製作と表面交換反応速度の向上(目標値10-6cms-1 700oC)
・コンポジット電極の電極特性評価
1.2 ロバスト材料の創製：
・レドックス等に強い燃料極の指針設計のための技術情報整理、予備試験開始
２．実験方法
・PLDを使用して、LSCF-GDCコンポジット電極の開発
・同位体酸素交換法、電気化学インピーダンスを使用した表面反応速度の評価
・ナノ構造の高性能電極材料を構築
３．プロジェクト参画予定機関と役割
産総研（ヘテロ界面創製、ロバスト材料創製）、アクティブ会員(実験結果に対する議論、改良点の討論）
４．実験計画
月
5
6
7
1 ナノヘテロ界 LSCF-GDCコンポジット作成１
面制御 空気
極創製
評価１
2 ロバスト材
料創製
燃料極材料の
ロバスト性、検討事項整理
8
9
10
電極作成２
11
12
電極作成３
評価２
評価３
ロバスト材料の開発開始、加速被毒
1
2
3
表面反応速度促進効果
の因子解明
総括
ロバスト材料の開発２
評価１
総括
3
➁ 革新セルスタックプロジェクト
プロジェクト総括：山口十志明、 責任者：島田寛之
目的：超高性能セル・スタックのためのコア技術開発
●超高性能セルスタックの創成 (実験場所 中部センター)
セル材料、プロセス技術の高度化によって、これまでの性能を遙かに超えるセルスタック創製をめざす。
(目標性能・項目)
・PEMを凌駕する4kW/Lを実現するための要素技術開発
・高性能セル・電極材料開発 最終的に10cm角平板セルで200W発電（2～3W/cm2)
(10ｃｍ角に20枚積層をイメージ）
2
・高電流密度(～3A/cm )運転時のセル劣化挙動解明
・セル・スタック安定運転のための流配制御技術検討
・ 低コスト基板(金属材料など)を利用したセル製造プロセスの検討
(取り組む方法)
１．革新的なセルスタック構成材料とコンセプト開発
２．従来材料の派生からの部材改良や構造改良、シール方法検討
３．革新的な製造プロセス開発
４．材料などのリサイクルを含めたコスト試算(シナリオ検討との連携)
皆様へのメリット：
・将来に必要となる高性能セルのスタックのコア技術、課題を先行して開発でき、実用化までの時間短
縮、コスト削減。(将来技術に対する大幅なR&D費抑制)
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革新材料・セルスタックPJでの取り組み
将来へのブレークスルーを目指す技術指標
目標レベル
現状レベル
１）電流密度： 0.5A/cm2
（定常運転の最大値）
２）出力密度： 0.3-0.4W/cm2
0.2kW/L
３）コスト： スタック部のみ ＊万円
システム
＊万円
４）形状： 筒状平板、平板、円筒など様々
１）電流密度： 3A/cm2
２）出力密度： 2W/cm2
4kW/L
３）コスト： スタック部のみ 現状の数分の１
システム
現状の数分の１
参画予定企業： 相互の情報交換加速
原料・材料メーカー
セル・スタックメーカー
システムメーカー
達成目標（技術的なセル性能）：
E=0.85V, J=3.1A/cm2,
∆E=0.32V
セル抵抗 =9 10-4 
1m電解質->110-4 
電極 他抵抗->8 10-4 
この技術ができると(アウトプット）：
１．家庭用エネファームの大幅なコスト削減と本格普及への重要技術提供
２．業務用燃料電池の普及段階への進展に寄与
３．移動体用やリバーシブル燃料電池などの新しいSOFC技術のアプリへ展開へ
5
➁ 革新セルスタックプロジェクト 年次展開と目標
年度
研究項目
➁-1 高性能セル創
製
➁-2 高性能セルス
タック化検討
2016
2017
電流密度：1A/cm2
有効面積：25cm2
電流密度：2A/cm2
平板セルプ
有効面積：25cm2
ロセス改良
1000万円
2019
電流密度：3A/cm2
有効面積：100cm2
3セルスタッ
ク機試作
スタック化要素技
術検討・設計
スタック出力：
0.5kW/L
予算概算
2018
スタック出力：
1kW/L
1000万円
耐久性能向
上
耐久性能向
上
スタック出力：
2kW/L
1000万円
2020
1000万円
スタック出力：
4kW/L
1000万円
6
➁ 革新セルスタックプロジェクト 2016年度計画
１．今年度の目標
1.1 高性能セル創製：
・燃料極支持型セルの出力密度向上(目標値1A/[email protected] 700oC)
・平板セル製造プロセス技術の開発
1.2 高性能セルスタック化検討：
・スタック用セル試作（50mm角）とショートスタック試作
２．実験方法
湿式法によりボタンサイズおよびスタック用の平板セル製造を製造、評価
・ボタンセルによる、基礎的な電気化学特性（出力、耐久性、利用率、効率等）の評価
・スタック用セルによる大型化時の課題抽出
３．プロジェクト参画予定機関と役割
産総研（高性能セル創製、高性能セルスタック検討）、アクティブ会員（結果に対する討論、改良点の討論）
４．実験計画
月
1 高性能セル
創製
5
6
7
ボタンセル試作・評価１
8
9
10
11
ボタンセル試作・評価２
12
1
2
3
セル構成部材料の再検討
総括
2 高性能セル
スタック化検討
50mm角セル試作・評価１
50mm角セル試作・評価２
総括
7