게시 및 게시 날짜 : 2010/08/30

바카라 추천 전지에서 성공적으로 산소 이온 분포

-반응 메커니즘을 밝히기위한 새로운 도구, 분해 메커니즘 및 바카라 추천 전지의 성능 향상-

포인트

  • 안정적인 동위 원소를 사용한 바카라 추천 전지의 가시적 산소 이온 농도 분포
  • 전극 및 전해질에서 바카라 추천 이온의 분포로부터 이온화 반응 활성이 높은 영역을 식별 할 수 있습니다
  • 고성능 전극을 설계하고 악화 메커니즘을 밝혀서 바카라 추천 전지의 예상 개선


요약

바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")에너지 기술 연구 부서[연구 부서 이사 Hasegawa Hiroo] 바카라 추천 전지 재료 그룹 이사 Hotta Teruhisa, 연구 그룹 및 Shimonozono Taro, 연구원소프트 산화물 바카라 추천 전지 (SOFC)실용기셀 스택의 바카라 추천 이온화 및 확산 현상을 시각화하는 기술을 개발했습니다 냉동 상태에서

이 기술은 바카라 추천의 안정적인 동위 원소입니다 (18O)레이블 요소Second-ion 질량 분광계 (SIMS)를 사용한 안정적인 동위 원소 바카라 추천 원자 (18o)의 밀도 분포는 마이크로 미터 미만의 높은 해상도에서 측정됩니다 이번에는 고온 작동 중에 실용적인 셀 스택을 소개합니다 (아래 그림 A 및 B)중간 온도 관형 평면 판 셀 스택8887_889918O2)를 도입하는 동안 바카라 추천 전지 반응을 수행 한 후, 실온으로 켄칭하여 고체에서 동위 원소 산소 농도 분포를 측정하여 실제 기계의 세포에서 활성 산소 이온화 반응 부위의 시각화 및 식별을 허용 하였다 (아래 그림 C) 이 기술은 전극 및 전해질에서 산소의 높은 이온화 반응 활성을 갖는 영역을 식별하고 산소 이온 흐름 (확산)으로 인해 농도 분포를 시각화하여 고성능 전극/전해질 계면을위한 설계 지침을 시각화하고 분해 메커니즘을 명확하게하는 데 도움이 될 수 있습니다

이 기술에 대한 자세한 내용은 2010 년 9 월 5 일부터 7 일까지 교토에서 개최되는 "고체 산화물 바카라 추천 전지에 관한 국제 심포지엄"을 참조하십시오 (아시아 SOFC 심포지엄)에서 발표됩니다

실제 세포 스택에서 활성 부위의 시각화 및 산소 이온화 반응의 농도 분포
그림 : 활성 부위의 시각화 및 실용적인 세포 스택에서의 바카라 추천 이온화 반응의 농도 분포의 예

개발의 사회적 배경

최근 몇 년 동안, 매우 효율적인 발전 시스템 인 바카라 추천 전지는 관심을 끌고 있습니다 SOFC는 600 ° C 이상의 고온에서 작동하지만 모든 유형의 바카라 추천 전지의 전기 (40%이상)에 대한 전환 효율이 가장 높으며 다음 정고 기간 동안 바카라 추천 전지가 될 것으로 예상되며 경험적 연구가 수행되고 있습니다 SOFC는 주로 고체 세라믹으로 구성되며 산소 분자로 구성됩니다 (O2) 바카라 추천 이온으로 이온화 (O2-), 고체 전해질을 통해 확산 된 후 수소와 반응하여 전기를 생성합니다 (덮개 그림 c)

SOFC의 성능을 향상시키기 위해서, 바카라 추천 이온화 및 바카라 추천 이온 확산과 관련된 반응 저항을 감소시켜야한다 지금까지 주요 방법은 전극 반응 메커니즘 모델을 간접적으로 사용하여 다양한 조건 하에서 전기 신호를 측정하고 바카라 추천 및 바카라 추천 이온의 움직임을 추정하는 것입니다 바카라 추천의 이온화 반응 활성이 높은 영역을 시각화하는 것은 어렵고 실용적인 기계를 사용하여 직접 확산으로 인한 농도 분포를 시각화하는 것은 어렵고,이를 실현하는 것이 바람직했습니다

연구 이력

SOFC 재료를 개발하기 위해 AIST는 반응성 가스의 이온화 및 확산 현상에 대한 포괄적 인 이해를 제공하는 것을 목표로하며, 라벨 요소로서 동위 원소 바카라 추천를 사용하여 바카라 추천의 확산 현상을 명확하게하기 위해 SIM과 같은 분석 장치를 사용하고 있습니다 또한 SIMS 기술은 불순물 농도 측정에 적용되어 악화 메커니즘을 명확히하고 장기 수명 예측 기술을 개발합니다 우리는 지금까지 재배 한 SIMS 기술을 적용함으로써 바카라 추천의 이온화와 실용적인 원통형 평평한 세포 스택에서 바카라 추천 이온의 움직임을 성공적으로 시각화했습니다

또한,이 연구 개발의 일부는 독립 행정 기관의 NEDO (New Energy and Industric and Industrial 기술 개발 조직)의 계약 프로젝트 "고체 산화물 바카라 추천 세포 시스템의 개발 기본 및 공통 문제 (2008-2002)의 개발"의 지원으로 수행되었습니다

연구 컨텐츠

이 기술은 바카라 추천의 안정적인 동위 원소입니다 (18o) 레이블 요소 (동위 원소 바카라 추천 표지 방법)의 적용입니다 600 ° C 이상의 작동 온도에서의 고농도18O2도입18O2고체 표면의 바카라 추천 공석 근처의 흡착, 해리 및 이온화 (18O2-)가되고 고체로 들어갑니다 현재 동일한 양의 고체로 포함되어 있습니다16O2-기체 상으로의 확산 및 동위 원소 교환이 발생합니다 (그림 1A 상단 다이어그램) 바카라 추천 전지 반응이 발생하는 상태에서는 기체 단계에 있습니다18O2발전에 의해 고체로 가져옵니다 (아래 그림 1A) 취한 바카라 추천의 양은 바카라 추천 이온화량 및 바카라 추천 밀도의 양에 비례하며, 높은 바카라 추천 이온화 반응 활성으로 발전 세포의 일부를 식별하고 현재 밀도 분포를 추정 할 수있다

이번에는 고온 (650 ° C)에서 작동하는 SOFC 실용 기계의 셀 스택 (Kyocera Co, Ltd가 만든 원통형 플랫 플레이트 셀 스택)은 고농도 (92% 씩)18O2소개되었습니다 스택 전압은 1622V, 평균 전류 밀도 025 A/CM218O2)는 300 초 동안 도입 된 다음 실온으로 켄칭되었습니다 셀 스택에서 심을 사용18O의 농도 분포는 마이크로 미터 미만의 높은 해상도에서 측정되었다 이를 통해 활성 바카라 추천 이온화 부위를 시각화하고 실용적인 기계에서 처음으로 바카라 추천 이온의 분포를 시각화 할 수있었습니다

그림 1 (b, c)는 전극 생성 셀의 공기 전극/중간 층/전해질 인터페이스를 보여줍니다18O 농도의 분포를 보여줍니다 중간 층 근처18o 농도는 최대 값을 나타내고 중간층 근처의 바카라 추천 이온화 (O2+4E-→ 2o2-)가 적극적으로 발생하고 있음을 알 수 있습니다 또한, 중간 층 및 전해질 계면에서18O 농도 분포는 불연속적이며 (그림 1C), 전해질로의 바카라 추천 이온의 확산이 매끄럽지 않음을 나타냅니다

동위 원소 산소 교환 반응, SIM에 의한 18O 분포 및 심스 이미지의 농도 분석
그림 1 (a) 동위 원소 바카라 추천 교환 반응 (b) SIMS18o 분포 (c) 심즈 이미지의 압축 분석

셀 스택의 전류 분포를 추정하려면 3 개의 셀 스택에서 하나의 외부 셀을 꺼낸 다음18o의 농도 분포 측정 결과는 그림 2에 나와 있습니다 전해질18O 농도는 가스 소개 섹션 근처에서 높고 가스 배출 섹션 근처에서 낮습니다 (그림 2A) 이것은 단일 셀에 의해 전기적으로 연결되어 있음에도 불구하고 상부 및 하부 셀의 전류 분포가 다르다는 사실 때문이라고 생각된다

한 세포에서 18o 농도 차이의 다이어그램
한 셀의 그림 218O 농도 차이 : 하단의 전해질 (가스 소개)18o 농도는 상단보다 높으며 (가스 배기 부품) 하단에서 더 높은 전류 밀도를 나타내는 것으로 생각됩니다

그림 3은 그림 2의18O 농도 분포 맵의 일부를 추출하고 공기 전극/중간 층/전해질 근처18O 농도는 세포 위와 아래에서 비교됩니다18O 농도는 중간 층의 최대 값이며, 이는이 영역에서 바카라 추천 이온화가 적극적으로 발생하고 있음을 시사합니다 셀 위와 아래 중간 층18o 농도는 동일하지만 전해질에서18O 농도는 SIMS 이미지에서 명확한 것처럼 셀의 바닥에서 높습니다 따라서, 세포의 바닥에서의 전류 밀도가 높다고 제안되었다 또한 중간 층/전해질 계면에서18o 분포는 매끄럽지 않고 불연속 단계가 있습니다 이것은 이온이되었습니다18O2-를 나타냅니다 매끄럽게 확산되지 않으므로 저렴한 확산 층이 인터레이어/전해질 계면 근처에 존재 함을 시사합니다 이 기술을 이러한 방식으로 적용함으로써, 처음으로 실제 세포에서 바카라 추천 이온의 흐름 분포를 시각화하는 데 성공했습니다

가스 도입과 가스 방전 섹션 간의 안정적인 동위 원소 산소 농도 분포 비교
그림 3 안정적인 동위 원소 바카라 추천 (18o) 가스 소개 섹션 (하부 셀)과 농도 분포의 가스 방전 섹션 (상부 셀)의 비교

미래 계획

우리는 다양한 조건 하에서 작동하는 세포 스택에서 바카라 추천 이온 농도 분포를 측정하고, 바카라 추천 이온화로 인한 저항 기원의 메커니즘을 명확하게하고, 고성능 전극/전해질 인터페이스에 대한 설계 지침을 제공 할 것이다 또한, 우리는 오랜 시간 동안 작동 된 셀을 측정하여 악화 영역을 식별하고 악화 메커니즘을 명확히하는 데 도움이되는 정보를 제공 할 수 있습니다

터미널 설명

◆ 소프트 산화물 바카라 추천 전지 (SOFC)
바카라 추천 전지는 전해질 유형에 따라 여러 유형으로 분류됩니다 sofc (고체 산화 바카라 추천 전지)는 전해질 안정화 지르코니아입니다 (Y2O3Solute ZRO2등의 도자기를 사용합니다 전해질은 바카라 추천 이온입니다 (O2-)에 침투하는 재료를 사용하고 일반적으로 600 ° C 이상의 고온에서 작동합니다[참조로 돌아 가기]
◆ 셀 스택
바카라 추천 전지에서, 스택 된 바카라 추천 전극/전해질/카노 전극을 "세포"또는 "단일 세포"라고한다 이것은 가장 작은 발전 단위입니다 단일 셀은 전자가 흐르는 전기로 전기적으로 전기적으로 전기적으로 연결되는 "상호 연결"이라고 불리는 소형 가스 분리 된 부재입니다 스택이라는 용어는 단일 세포 골재의 스택이라는 의미에서 "셀 스택"이라고도합니다 여기서, 셀 스택을 사용하여 세포 및 스택과 관련된 샘플을 참조했습니다[참조로 돌아 가기]
◆ 라벨 요소, 동위 원소 바카라 추천 표지 방법
라벨 요소는 SOFC에서 바카라 추천 또는 바카라 추천 이온의 움직임을 포착하는 데 사용됩니다 동위 원소 바카라 추천 표지 방법에서, 안정한 동위 원소 바카라 추천가 사용된다 본질에는 안정적인 동위 원소 바카라 추천가 있지만 질량 수는 1818o 자연 풍부는 02%이므로 집중력이 높습니다18o 사용하면 감도 측정이 높을 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
◆ 2 차 이온 질량 분석기 (SIMS)
1 차 이온 (CS+등을 초점을 맞추고 시편을 조사하고 스퍼터링 현상으로 인해 2 차 이온의 질량 분석에 초점을 맞추고 시편을 식별하는 분석 기술입니다 질량 분석법으로 인해 안정적인 동위 원소 바카라 추천 (질량 수 18) 및 정상 바카라 추천 (질량 수 16)를 감지 할 수 있습니다 1 차 이온이 초점을 맞추면 직경이 약 200 나노 미터로 좁아 질 수 있으므로 2 차 이온의 분포는 마이크로 미터 미만의 해상도에서 측정 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
◆ 중간 온도 관형 평면 판 셀 스택
한 셀은 실린더가 평평하게 만들기 위해 실린더가 쇄도하는 모양을 가지고 있으며, 니켈과 지르코니아의 혼합물로 만든 바카라 추천 전극이지지베이스 튜브로 사용되며, 밀집된 전해질, 상호 연결 등이 표면에 형성되는 구조가 사용됩니다 "중간 온도"라는 용어를 가지며 약 700-750 ° C에서 작동합니다 셀 스택은 이들 단일 세포의 스택이며 전기적으로 연결되어있다 현재, 주로 경험적 연구에서 테스트되는 SOFC 시스템에서, 100 개 이상의 단일 셀이 발전 스택을 형성하여 700W 이상의 발전 용량을 보여줍니다[참조로 돌아 가기]

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