発表概要 H28 年度熊本大学工学部マテリアル工学科「マテリアル工学

発表概要
H28 年度熊本大学工学部マテリアル工学科「マテリアル工学演習」
氏名（学籍番号）
曽原
論文題目
Characterization of Nd0.6Sr0.4Co1-yFeyO3-δ (0 ≤ｙ≤ 0.5) cathode materials for intermediate
temperature solid oxide fuel cells
著者
K.T.Lee, A.Manthiram
論文出典
Solid State Ionics 176 (2005) 1521-1527
樹子
(131-T2725)
【緒言】
近年、固体酸化物形燃料電池は構成部材の熱膨脹差の低減といった観点から、作動温度を低温化させることが望
まれている。La1-xSrxCoO3-δ (LSC)は高性能なカソード材料として注目されている材料である。しかし、この材料は
熱膨脹係数(TEC)が他の構成部材に比べ高いという欠点を有している。著者らは、先行研究により LSC の La を Nd
で置換することで TEC が低減することを報告している[1]。一方、LSC の一部を Fe で置換することにより、TEC が
低減するという報告[2]もなされている。そこで、本研究では Nd0.6Sr0.4Co1-yFeyO3-δ (NSCF)カソードを作製し、Fe の添
加効果について検討した。
【実験方法】
検討用試料である Nd0.6Sr0.4Co1-yFeyO3-δ (y = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)は固相
反応法により作製した。Nd2O3、SrCO3、Co3O4、Fe2O3 を原料とし、所定の
モル比に混合後、1200℃、24 時間で熱処理した。さらに、均質性を向上さ
せるため粉砕し、ペレット化した後、再度 1200℃、24 時間熱処理を施し
た。
得られた試料は X 線回折(XRD)を行い、試料の結晶内酸素量および TEC
を熱分析により評価した。さらに、作製した試料の導電率を直流四端子法
により測定した。
次に La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O2.8 (LSGM)電解質基板に、
カソードとして NSCF、
アノードとして NiO-Ce0.9Gd0.1O1.95 をスクリーンプリントによって塗布し、
カソードは 1000℃、アノードは 1200℃、3 時間焼付けを行うことで単セル
を得た。作製した単セルの発電試験を、アノード側に加湿水素、カソード
側には空気を供給し、800℃において I-V 測定により評価した。また、電解
質とカソード材との反応性に関しては、作製した NSCF と LSGM の混合粉
末を 1000℃、3 時間で熱処理した後に XRD 測定を行うことにより評価し
た。
【結果及び考察】
作製した試料の XRD 結果より全ての試料が単相であることが分かっ
た。また、熱分析の結果より、Fe 添加量の増加に伴い結晶内酸素量および
TEC は減少することが分かった。
Fig.1 は、NSCF の 50℃から 800℃までの TEC の Fe 置換量依存性を示
す。この結果から Fe 添加量の増加に伴い TEC が低減していくことが分か
った。
Fig.2 に導電率測定の結果を示す。これより Fe 添加量の増加に伴い導電
率が低下することが分かった。また、発電試験では Fe 添加量の増加に伴
う発電特性の低下が観察された。さらに、XRD の結果では、熱処理した
NSCF と LSGM の混合粉末に生成物は観察されず、両試料間での反応はな
く互いに熱的に安定であることが分かった。
以上の結果より、Fe 添加量が増加すると TEC は低減するものの、電気
化学的性能は低下することが分かった。このため、より高い電極性能を有
するカソード材の開発は Ln-Sr-Co-Fe-O 系(Ln = Pr, Nd, Sm, Gd)における最
適な組成を特定することが必要であると考えられる。
【参考文献】
[1] K.T. Lee, A. Manthiram, J. Electrochem. Soc. 152 (2005) A197.
Fig.1.Thermal expansion behaviors of
Nd0.6Sr0.4Co1-yFeyO3-δ in air: variation
of average thermal expansion
coefficients (αAV) with Fe content y.
Fig.2. Variations of the electrical
conductivity measured in air of
Nd0.6Sr0.4Co1-yFeyO3-δ with
temperature for various values of y.
[2] L.W. Tai, M.M. Nasrallah, H.U. Anderson, D.M. Sparlin, S.R. Sehlin, Solid State Ionics 76 (1995) 259.

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