전 세계 최초의 실용적인 크기 양성자 전도성 세라믹 무료 바카라 전지 (PCFC)의 성공적인 생산

National Research and Development Corporation, 바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 의장] (이하 "AIST")무기 기능 재료 연구 부서[연구 부서 책임자 Matsubara Ichiro] Fujishiro Yoshinobu, 연구 그룹, 기능적 통합 기술 그룹, 최고 연구원 인 Yamaguchi Toshiaki, 최고 연구원 Shimada Hiroyuki, Yamaguchi Yuki, 연구원 Mizutani Yasobu (Lizutani Co) 국가 연구 개발 기관 (New Energy and Industrial 기술 개발 기관)이 의뢰 한 "NEDO 선도 연구 프로그램/새로운 에너지 및 환경 기술 연구 프로그램"을 통한 세계 최초의 실용적인 크기의 연구원 (이하 "NEDO")양성자 전도성 세라믹 무료 바카라 전지(PCFC,Protonic Ceramic Fuel Cell)가 성공적으로 생산되었습니다

PCFCS는 이론적으로 100% 무료 바카라를 사용할 수 있으며 모든 알려진 발전 장치를 능가발전 효율75%가 달성 될 수 있지만, 1700 ° C 이상에서 양성자 전도성 세라믹의 고온 발사가 양성자 전도성 세라믹 (기존 기술 : 직경 30 mm)을 생산하기 때문에 크기를 증가시키기가 어려웠습니다 이번에는확산 소결기술이 개발되었으며 실용적인 80mm 제곱 크기 PCFC가 대량 생산 가능한 공정을 사용하여 생산되었습니다 또한 다층 전해질을 통해전압 효율또한 크게 개선되었습니다 초고 효율성 전원 공급 장치를위한 핵심 기술을 개발함으로써 재생 가능 에너지와 결합되었습니다가상 발전 네트워크정부의 "기본 수소 전략"을 기반으로하는 수소 사회의 매우 효율적인 발전을 기대할 수 있습니다

이 기술에 대한 자세한 내용은 2018 년 7 월 4 일 스위스 루체른에서 개최 될 국제 회의를 참조하십시오 (중앙 유럽 시간)13 번째 유럽 SOFC & SOE 포럼 2018에서 발표됩니다

프로토 타입 80mm 정사각형 플레이트 양성자 전도성 세라믹 무료 바카라 전지 (PCFC)

무료 바카라 전지는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하며 높은 전환 (발전) 효율로 알려져 있습니다 세라믹 재료로 구성소프트 산화물 무료 바카라 전지(SOFC,고체 산화물 무료 바카라 전지)는 고온에서 작동 할 수 있으며 가장 효율적인 무료 바카라 전지 생성입니다 SOFC의 주요 성분 인 고체 전해질 층은 선택적으로 이온에 스며 들지만 산화물 이온 도체가 사용되면서 전통적으로 안정화 된 지르코니아가 사용되었다 최근에, 전해질 층으로서 선택적 양성자 투과성 세라믹 막을 사용하면 이론적 발전 효율이 극적으로 향상되고 열 손실을 증가시키는 경향이있는 작은 무료 바카라 전지 시스템조차도 열 전력 공장 (전력 생성 효율 : 61%)에서 전기를 생성 할 수 있다고보고되었다 (추정 발전 효율 : 75%) (75%)과학 보고서, 5, 12640 (2015)) 무료 바카라 전지에 대한 정부 목표의 절반 이상을 사용 하여이 초 고효율 무료 바카라 전지를 구현하는 데 사용될 수 있다면, 5 백만 톤/년 수준에서 CO가 될 것입니다₂감소 될 것으로 예상됩니다 또한 가상 발전 네트워크가 도입 된 재생 가능 에너지의 증가와 관련된 전력 변동을 보상하기 위해 가상 발전 네트워크에 필요한 고효율 전원 기술 중 하나 일 것으로 예상됩니다

PCFC는 현재 연구 개발을 진행 중이지만 50mm 평방 이상의 실제 크기에 적용될 수있는 소결 기술은 개발되지 않았습니다 또한 PCFC에 사용되는 양성자 전도성 세라믹의 경우전자 누출로 인한 낮은 전압 효율과 같은 고유 한 문제가있었습니다 이 PCFC를 세계에서 최초로 만들기 위해 AIST는 실용적인 크기 세포의 생산을 산업계 아카데미아 정부 협력을 통한 전자 누출을 억제 할 수있는 기술을 개발하기 위해 노력했습니다

이 결과는 Panasonic Co, Ltd, Noritake Company Limited Co, Ltd, Tohoku University, National University Corporation, Yokohama University Corporation 및 Miyazaki University, Nedoy University Business, Nedo의 계약 비즈니스, Miyazaki University, Miyazaki University와의 협력을 통해 얻어졌습니다 및 Toho Gas Co, Ltd

그림 1 양성자 전도성 세라믹 무료 바카라 전지의 세대 효율 표적

PCFCS는 이론적으로 무료 바카라의 100%를 사용할 수 있으므로 발전 효율은 SOFC보다 20% 이상입니다 (PCFC 발전 효율 추정 : 75%,LHV), Big Co₂11649_11902소결 보조로 추가되었지만,이 첨가제 보조는 양성자 전도성 세라믹의 입자 경계에 있습니다분리쉽게 수행 할 수 있고 절연이 감소하므로 전해질 층에 문제가 있습니다

이번에는 바륨 (BA) 기반 재료가 전해질 재료로 사용됩니다Perovskite 재료: Bazro₃시스템 구성이 사용되었습니다 BA 기반 Perovskite 재료 중 CO₂가있는 반응성이 높은 조성물이있는 재료가 있지만, CO는 발전 무료 바카라 유형 인 메탄과 같은 개혁 가스에 사용됩니다₂따라서 CO₂₃시스템 구성이 선택되었습니다 실제 크기의 무료 바카라 전지를 제조하기 위해 상세한 소결 거동을 조사하고 확산 소결이라는 기술을 개발했습니다 이것은 얇은 전해질이 소결 보조제 및 얇은 전해질을 함유하는 무료 바카라 전극 지지대와 공동으로 발포 된 기술이며,이 공정에서, 전이 금속은 전해질에 우선적으로 용해되며, 전이 금속은 그레인 경계를 분리하지 않는다 그림 2는 BA Perovskite 재료를 보여줍니다 : Bazro₃시스템 구성을 가속화하는 소결 효과를 보여줍니다 정상적인 소결에서 소결 속도는 1500 ° C에서 약 50%이며 소결은 거의 진행되지 않지만 확산 소결 방법은 100% (99% 이상의 밀도)에 도달하여 가스 누출이없는 조밀 한 전해질 층을 생산하여 무료 바카라 소비가 발생하지 않습니다 확산 소결을 통해 대량 생산이 가능합니다압출 성형 방법YA테이프 몰딩 방법에서 무료 바카라 전극 기판의 제조;딥 코팅YA스크린 프린트에서 필름 형성 및 발사에 의해 전해질 층 및 공기 전극 층을 형성함으로써, 예를 들어 튜브 형 또는 평평한 형과 같은 다양한 형태의 무료 바카라 전지를 생성 할 수있게되었다

그림 2 : 전해질 층의 밀도 온도 (정상 소결 및 확산 소결) 및 프로토 타입 셀 (상단 : 100mm 긴 튜브 유형, 왼쪽 하단 : 80mm 정사각형 플레이트 유형, 중간 및 하단 : 50mm 정사각형 플레이트 유형, 오른쪽 : 기존 크기 25 mm 직경 코인 유형)

BA 기반 Perovskite 기반 재료 : Bazro₃조성물이있는 전해질 재료는 무료 바카라 전지가 작동하는 환경에서 전자 누출이 발생하므로 전자 누출을 억제함으로써 발생합니다양성자 운송 속도를 향상시키는 것입니다 이번에는 전자 누출 블록 층을 전해질 층상에서 적층시키고 전해질 층의 CO₂완전한 내구성 및 전자 누출 억제 그림 3은 우리가 개발 한 PCFC 발전 셀의 전해질 층의 단면의 전자 현미경 사진과 전해질을 스태킹하는 효과를 보여줍니다개방형 회로 전기력의 이론적 값과의 차이 전자 누출의 양을 나타내지 만, 전자 누출은 전해질을 스태킹하여 상당히 개선되었습니다 이전에보고 된 Bazro₃시스템 전해질의 개방 회로 전자 력 (작은 코인 유형 셀)은 093 ~ 099V이고, 이번에 개발 한 전력 생성 셀은 실제 셀 크기에서 106V를 얻을 수 있었으며, 이는 이론적 값의 거의 93%로 개선되었습니다

그림 4는 평가를 위해 제작 된 50mm 정사각형 플레이트 단일 셀의 외관 및 발전 특성을 보여줍니다 085V의 정격 작동 전압에서 실제 전류는 각각 600 ° C 및 700 ° C에서 각각 53A (출력 값 : 45W) 및 60A (출력 값 : 51W)였습니다 이것은 enefarms 및 다른 사람들에게 사용할 수있는 공동입니다₂이것은 실용적인 크기의 단일 셀을 가진 내구성있는 PCFC의 첫 번째 경험적 데이터입니다 약 700 ° C에서 작동하는 종래의 SOFC의 발전 특성은 700-750 ° C이고 085V 작동 02-03 a/cm²반면에, 이번에 개발 한 PCFC 발전 셀의 현재 밀도는 03 a/cm이며, 600 ° C의 낮은 작동 온도에서도 현재 밀도는 약 085 V²SOFC보다 더 나은 발전 특성을 가졌습니다

그림 3 : 개발 된 전해질 층의 단면 전자 현미경 사진과 라미네이션을 통한 개방 회로 전자력 개선 효과 14415_14466

그림 4 : 평가를위한 50mm 정사각형 플랫 PCFC의 외관 및 발전 특성 (600 ℃ 및 700 ℃의 작동 온도) (전극 영역 : 16 cm2, 실온 가습 수소 및 실내 온도 가습 공기가 공급됩니다)

단일 셀짧은 스택우리는 효율성을 평가하여 문제를 추출하고 산업-아카데미아 정부 공동 연구를 촉진하여 초고 효율성 PCFC를 보여줍니다 향후, 이번에 개발 된 기술은 증기 전기 분해를 통한 순수한 수소 생산, 무료 바카라 전지의 역 반응과 같은 전기 화학 반응 장치에 널리 적용되며 재생 가능 에너지 및 수소 기반 전력 네트워크와 결합 된 전력 네트워크의 구성에 기여할 것입니다

◆ 양성자 전도성 세라믹 무료 바카라 전지 (PCFC)

세라믹 전해질 막의 3 층 구조, 공기 전극 및 무료 바카라 전극을 샌드위치하는 무료 바카라 전극을 가지고 있으며, 공기 및 수소의 산소와 같은 무료 바카라를 사용하여 전기를 생성하는 장치 중 하나이며 (수소 이온, H⁺)는 선택적으로 투과 가능하며 배터리로 작동합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Virtual Power Generation Network

네트워크를 통해 재생 가능 에너지, 무료 바카라 전지, 스토리지 배터리 등을 사실상 제어하여 전기 수요 및 공급의 균형을 관리합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 소프트 산화물 무료 바카라 전지 (SOFC)

고체 산화물 세라믹을 사용한 세라믹 무료 바카라 전지[참조로 돌아 가기]

◆ 생성 효율, 전압 효율, 개방 회로 전자력

무료 바카라 전지의 발전 효율은 전압 효율 및 무료 바카라 활용률의 생성물에 의해 결정됩니다 일반적으로 발전 장비의 소형화는 열 소산 손실을 증가시키고 발전 효율을 감소시키는 경향이 있습니다 그러나 세라믹 무료 바카라 전지가 작더라도 큰 열 발전소와 동일한 효율을 달성 할 수 있습니다 또한 이번에 개발 된 기술은 그보다 훨씬 더 큰 효율성을 제공하여 차세대 전원이 될 수 있습니다 실제 개방 회로 전기 전력은 전해질 결함으로 인한 무료 바카라 누출 또는 전자 누출로 인한 이론적 값보다 작습니다 전해질이 발생하는 이론적 개방 회로 전기 유전자 전기 전기 유전력과 비교하여 무료 바카라와 공기 사이의 가스 농도 비율로부터 얻은 이론적 개방 회로 전자 유전자 력이 있지만, 실제 개방 순회력의 비율은 이론적으로 이론적으로 전기 순회력의 비율이 이론입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 확산 소결, 소결 보조

세라믹의 소결을 촉진하기위한 첨가제를 소결 에이즈라고합니다 선택적으로 이온을 선택적으로 전도하는 기능 외에도, 무료 바카라 전지의 전해질 층은 공기와 무료 바카라 분리 기능을 가져야하며 밀도가 높아야합니다 이번에 개발 된 확산 소결 기술에서, 소결 보조 성분을 추가하는 대신, 보조 성분은 보조 효과를 함유하는 무료 바카라 전극 층의 라미네이트를 발사하는 과정에서 확산되고, 이는 보조 효과를 갖는 전기 물질에 선택적으로 통합하여 양성자 전도성 세라믹 전기 롤리트를 소결시킨다[참조로 돌아 가기]

◆ 전자 누출, 양성자 운송 속도

무료 바카라 전지의 전해질 층은 선택적으로 이온을 스며 져야하지만, 전자와 구멍은 이온과 병렬로 전자를 전자 누출이라고합니다 양성자 도체는 선택적으로 양성자를 전달해야하지만, 일정량의 전자 누출은 물질의 물리적 특성으로서 발생한다 도체를 통해 흐르는 총 전류 중 양성자로 인한 전류의 비율을 양성자 수송 속도라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ LHV

무료 바카라가 완전히 연소 될 때의 열량 값과 관련하여 연소 가스에서 생성 된 열량은 응축되지 않으며 잠열없이 발생하는 열량은 수증기가 낮기 때문에 (LHV)[참조로 돌아 가기]

◆ 분리

세라믹의 소결 과정에서 성분이 입자 인터페이스에 모이는 현상[참조로 돌아 가기]

◆ Perovskite 구조

abo₃| 그것은 압전체, 유전체, 이온 도체 및 산화 고온 초전도체의 기본 프레임 워크로 알려져 있습니다 이번에 사용 된 BA 기반 양성자 전도성 페 로브 스카이 트 산화물 : Bazro₃조성물은 A 부위에 BA를 갖는 결정 구조이며, B 부위에서 Zr, B 부위에서 산소가 아래와 같이 Ba[참조로 돌아 가기]

그림 abo3시스템의 결정 구조 perovskite

◆ 압출 성형 방법, 테이프 성형 방법

압출 성형은 용매에 세라믹 분말을 분산시킴으로써 얻은 원료가베이스를 통해 성형되고, 벌집 모양, 튜브 셰이프 등을 제조하는 데 사용되는 기술입니다 더 나아가서, 테이프 성형 방법은 고도로 유선 가능한 원료가 성형 된 블레이드의 갭을 통해 성형하여 얇은 층을 깎아내는 기술입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 코팅 딥, 스크린 인쇄

딥 코팅은 세라믹 분말이 분산되고 증착되는 슬러리에 기판이 삽입되는 기술입니다 스크린 인쇄는 스크린 마스크가 기판 표면에 필름을 형성하는 데 사용되는 기술입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 짧은 스택

전기적으로 쌓인 여러 세포로 만든 단일 셀[참조로 돌아 가기]