【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.05】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM0047
利用課題名 / Title
固体酸化物形燃料電池電極の微細構造解析
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials
キーワード / Keywords
複合材料,コンポジット材料/ Composite material,電子顕微鏡/ Electronic microscope,燃料電池/ Fuel cell,集束イオンビーム/ Focused ion beam
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
小松 洋介
所属名 / Affiliation
東京大学 生産技術研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
鹿園直毅,Zewei Lyu,加藤諒
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
中村晶子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
固体酸化物形燃料電池(SOFC)の電極構造は，電極内部の電子・イオン・燃料ガスの輸送パスを形成し，かつイオン・電子伝導体とガス輸送相の三相界面が有効な反応場となる．電極構造によって決まる輸送パス・三相界面量が電気化学的性能を大きく左右する．電極の複雑な多孔質構造を定量的に評価し，電気化学性能と合わせて相関的に整理することで，電極性能の向上や耐久性評価につながる．収束イオンビームー走査型電子顕微鏡(FIB-SEM)からなる微細組織三次元マルチスケール解析装置を用いて電極の3次元微細構造を観察・取得し再構築したのち，電極構造の定量評価を行った．
実験 / Experimental
燃料極側に異なる三相界面分布を有するSOFCを用いて，開回路・発電運転条件にて一定時間運転した．運転後，SOFC電極から観察試料を取り出し，微細組織三次元マルチスケール解析装置を用いて3次元構造情報を取得・評価した．
結果と考察 / Results and Discussion
SOFCは炭化燃料を用いて発電を行うことができるが，炭素が電極材中のニッケルに析出・積層し，電気化学反応場の失活，ガス輸送流路の閉塞やセルの破壊が進行する．そこで炭素析出挙動の解明と電極劣化機構への影響について検討した．FIB-SEMを用いた観察を行うことで燃料中の水蒸気添加が析出炭素に及ぼす影響を評価することができた．また，三相界面場を限定した電極を用いて運転・評価することで，炭素析出挙動が電気化学的に有効な反応場とその近傍での電極構造変化に及ぼす影響について考察することができた．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は，国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO），文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」事業，JSPS科研費24K07339からの支援・助成を受けたものであり，ここに謝意を表す．
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Zewei Lyu, Co‐Generation of Electricity and Chemicals From Methane Using Direct Internal Reforming Solid Oxide Fuel Cells, Advanced Energy Materials, 15, (2024).
DOI: 10.1002/aenm.202403869
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Lyu, Z., Liu, Y., Sciazko, A., Komatsu, Y., Nakamura, A., Hara, T., Shikazono, N., Han, M.,Unveiling the Impact of Carbon Deposition on Solid Oxide Fuel Cell Anodes through 3D Reconstructions, 7th Asian SOFC Symposium, OA-07, Sapporo, Japan, October 23-25 (2024).
- Cui, D., Sciazko, A., Komatsu, Y., Nakamura, A., Hara, T., Chen, D., Wu, S., Shikazono, N., Two and Three dimensional microstructures of carbon deposition on pressed Ni-YSZ anodes, 7th Asian SOFC Symposium, OA-06, Sapporo, Japan, October 23-25 (2024).
- 加藤 諒, 姚 杲, 小松 洋介, シチェンシコ アンナ, 岡部 貴雄, 鹿園 直毅，固体酸化物形燃料電池燃料極三相界面における炭素析出のオペランド観察，日本機械学会熱工学コンファレンス2024講演論文集，F33，山口大学，10月5-6日 (2024).
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件