실시간 바카라 사이트 구조 제어 고체 연료 전지 (SOFC)를위한 고성능 전극 개발

국립 연구 연구소 선진 산업 과학 기술 연구소 [이시무라 카즈히코 (Ishimura Kazuhiko) 회장] (이하 "AIST"(AIST ") 제로 방출 국제 공동 연구 센터 [리서치 센터 요시노 아키라 (Yoshino Akira) 리서치 센터 (Yoshino Akira) 전기 화학 장치 기본 연구 팀 Bagalinao Catelin, Haruo, Kishimoto Direction, 에너지 연구 책임자, 에너지 통제 이사, 에너지 전자 연구원 TERUHISA] 에너지 변환 기술 그룹 Katsuhiko, Ishiyama Tomohiro, Extreme Functional Materials Research Division의 최고 연구원 [Matsubara Ichiro 리서치 디렉터 Matsubara Ichiro] Solid Ionics Materials Group Shimada Hiroyuki, 여러 회사와 전략적 공동 연구를 수행하는 연구 그룹의 연구 그룹 인 Katsuhiko소프트 산화물 에너지 변환 고급 기술 컨소시엄 (ASEC)를 달성하기 위해, 우리는 실시간 바카라 사이트 구조 제어와 함께 고성능 캐소드를 개발했습니다 또한 함께 제공소프트 산화물 연료 전지 (SOFC)단일 셀세계에서 가장 높은 수준의 발전 성능을 보여주었습니다

SOFC 단일 셀의 경우펄스 레이저 증착 (PLD)자체 조립 된 실시간 바카라 사이트 복합 공기 전극(이하 "실시간 바카라 사이트 복합체 공기 전극"이라고 함)는 공기 전극의 성능을 완전히 활용하기 위해 개발되었다실시간 바카라 사이트 컬럼 다공성 전류 수집기 층, Nanocomposite 연료 실시간 바카라 사이트 기능 층이 장착 된 700 ° C에서 45 w/cm²9013_9048 | 100%이상의 세계 최고 전력 밀도를 달성했습니다 이 업적은 SOFC입니다셀 스택의 소형화에 기여합니다 제조 비용이 줄어 듭니다

이 성과에 대한 자세한 내용은 Open Access Academic Journal "Nature Communications"(디지털 버전)에 게시 될 예정입니다

SOFC는 다른 연료 전지에 비해 발전 효율이 높으며 가정 및 상업용 사용에 사용됩니다Cogneration System로 이미 상업적으로 이용 가능했습니다 최근에 우리는 발전 용량이 높고 발전 효율이 높을수록 응용 프로그램을 사용했습니다Mono Generation System이 목적을 위해 사용되고 있습니다

SOFC의 광범위한 사용은 시스템 및 제조 비용의 규모입니다 단일 SOFC 셀의 발전 성능을 개선 할 수 있다면, 사용 된 단일 SOFC 셀의 수는 동일한 발전 용량을 갖는 기존의 SOFC 시스템에 비해 감소 될 수 있으므로 비용이 작고 낮아질 것으로 예상됩니다

AIST는 2016 년에 여러 회사와 전략적 공동 연구를 수행하고 SOFC를위한 최첨단 기술을 만들기 위해 노력하고있는 ASEC를 설립했습니다 AIST의 기본 기술 사용 SOFC 출력 밀도는 3 w/cm²우리는 상기를 달성하기 위해 재료 및 세포화 기술을 개발하기 시작했습니다 이것은 기존의 전력 밀도의 10 배 이상입니다

ASEC의 일환으로, 우리는 세포의 출력 밀도를 개선하기 위해 실시간 바카라 사이트 반응 저항이 낮은 새로운 음극을 개발하기 위해 노력해 왔습니다 또한, 고출력 세포의 생산에서, 우리는 압출 및 테이프 성형 방법을 사용하여 연료 실시간 바카라 사이트 기본 재료를 제조하는 기술을 제조하고 딥 코팅 및 스크린 프린팅을 사용하여 전해질 층을 생성하는 기술을 사용하여 고출력 출력을 수용 할 수있는 연료 실시간 바카라 사이트지지 유형 SOFC 단일 셀 (회로도 참조)을 개발했습니다

이번에 개발 된 고출력 SOFC 단일 셀은 ASEC의 AIST가 새로 개발 한 여러 구성 요소 (회로도의 빨간색)를 사용합니다

에어로 폴 : 자체 조립 된 실시간 바카라 사이트 복합 공기 전극 (실시간 바카라 사이트 복합 공기 전극)
기존의 SOFC 캐소드 재료에서, 다공성 소년의 몸체는 일반적으로 사용되며, 단일 란타늄-스트론-코발트-아이언 복합 산화물 (LSCF) 또는 LSCF 및 CERIA 기반 산화물의 혼합물 (예 : Gadolinia-doped ceria, gdc)의 혼합물로 만들어진다 μm
AIST는 PLD 방법을 성공적으로 사용하여 두 가지 유형의 재료 인 LSCF와 GDC가 실시간 바카라 사이트 미터 스케일에 교대로 배열되는 새로운 구조로 실시간 바카라 사이트 복합체 캐소드를 생성했습니다 무화과 도 1은 기존의 다공성 및 실시간 바카라 사이트 복합체 캐소드의 개략도뿐만 아니라 전자 현미경 이미지 및 실시간 바카라 사이트 복합 캐소드의 원소 분석 매핑 이미지를 보여준다 개발 된 실시간 바카라 사이트 복합체 공기 실시간 바카라 사이트에서, LSCF 상 및 GDC상은 두께가 약 수십 개의 NM 인 원주 구조에서 줄무늬로 분리되며, 폭은 여러 Nm입니다 제조 된 실시간 바카라 사이트 복합체 캐소드는 아래에 도시 된 실시간 바카라 사이트 맨 다공성 전류 수집기 층과 함께 세계에서 가장 작은 수준이다실시간 바카라 사이트 저항, 001Ω/cm²| 달성되었습니다

양극 기능 층 : Nanocomposite 양극 기능 층
연료 실시간 바카라 사이트 지지대와 전해질 사이의 수소의 산화 반응을 빠르게 발전시키기 위해, 연료 실시간 바카라 사이트 기능 층, 니켈 크기 (NIO)의 혼합물을 사용하여 아트 리아 크기의 입자 크기 (YSZ)를 사용하여 일반적으로 사용되는 것보다 더 미세한 입자 크기를 사용합니다 이 고전력 셀을 사용하면스프레이 열분해 방법를 사용하여, 약 10 nm의 NIO 및 YSZ의 1 차 입자가 응집되고 2 차 입자로 전환 된 분말이 생성되었고, 연료 실시간 바카라 사이트 기능 층으로 사용되었다 이 층은 또한 조밀 한 박막 전해질의 형성에 중요한 역할을하고 전체 세포의 저항을 감소시켰다

aerode 전류 수집 층 : 실시간 바카라 사이트 컬럼 다공성 전류 수집 층
전극 반응을 신속하게 진행하기 위해서는 전자가 반응 필드에 공급되어야하며, 일반적으로 입자 크기가 약 1 μm 인 전류 수집기 층은 공기 전극에 제공됩니다 실시간 바카라 사이트-레벨에서 형태 학적으로 제어되는 실시간 바카라 사이트 복합체 음극의 성능을 완전히 도출하기 위해, 전체 전극을 효과적으로 작동시키기 위해서는 약 수십 개의 NM의 모든 영역에 전기 연결이 필요하다 이 셀에서, 새로운 PLD 방법을 사용하여 란타늄-스트론륨-코발트 복합 산화물 (LSC : LA_0.6SR_0.4COO₃)의 Nanocolumn -Porous 전류 수집기 층이 개발되었습니다

그림 2는 이러한 새로운 재료가 장착 된 단일 셀에 대한 발전 테스트 결과를 보여줍니다 전력 밀도는 700 ° C에서 45 w/cm이며 세계에서 가장 높은 수준입니다²위, 15 w/cm에서도 600 ℃²달성 3a/cm²(700 ° C) 전류 밀도, 기존의 전형적인 세포의 03-05 a/cm²와 비교하여 대략 6 ~ 10 배의 현재 값을 달성합니다 이 기술을 사용하여 셀 수는 이전 시스템의 약 10 분의 1만큼 줄일 수 있으며, 이는 비용을 크게 줄이고 시스템의 소형화에 기여할 수 있습니다

이번에 개발 된 자체 조립 된 실시간 바카라 사이트 복합체 캐소드 재료의 경우, 2021 년 6 월에 시작된 고체 산화물 에너지 전환 고급 기술 컨소시엄 (ASEC-2)의 두 번째 단계에서 우리는 구조를 안정화시켜 더 긴 수명과 전극의 신뢰성을 목표로하고 대중의 생산을 연구 할 계획입니다 또한, 실제 셀에 개발 된 각 구성 요소를 장착하는 기술은 가능한 빨리 실용적으로 사용될 것입니다

◆ 소프트 산화물 에너지 변환 고급 기술 컨소시엄 (ASEC)

솔리드 산화물 에너지 변환 Advanced Technology Consortium (ASEC)은 8 개의 회사, 4 개의 대학 및 연구 기관 및 AIST 사이의 공동 연구 기관 (별자리)으로 공동 연구를 수행하여 산화철 산화물을 사용하여 혁신적인 에너지 변환 장치를 실현하고 있습니다 고체 산화물 연료 전지 (SOFC) 및 고온 증기 전기 분해 (SOEC)에 중점을 둔이 회사는 차세대를위한 혁신적인 재료와 혁신적인 셀 스택 기술을 개발할뿐만 아니라 2030 년과 2050 년의 목표로 기술이 사회에서 구현 된 세계를 묘사하는 전략적 시나리오를 논의 할 것입니다
이 연구 및 개발은 ASEC 1 차 회원 (Osaka Gas, Ltd, Kyocera Co, Ltd, Denso Co, Ltd, Morimura Sofc Technology Co, Ltd, Miugo)에 의해 수행되고있는 혁신 재료 프로젝트 및 혁신 셀 스택 프로젝트에서 AIST의 기본 기술을 기반으로 달성되었습니다 그리고 Aist)[참조로 돌아 가기]

◆ 소프트 산화물 연료 전지 (SOFC)

물질로서 세라믹으로 만든 고온 작동 연료 전지 SOFC에서 산화물 이온 (O^2-)를 전달하는 재료는 전해질로 사용되며, 음극과 연료 실시간 바카라 사이트은 전해질의 양쪽에 배치됩니다 공기 실시간 바카라 사이트 측면에서, 공기 중의 산소와 전자가 산화물 이온을 형성하는 데 연결되는 반응, 연료 실시간 바카라 사이트 측면에서, 연료 및 산화물 이온이 전자 (연료, 수증기 및 전자 생성이 발생함에 따라 수소의 경우)에 연결되어 전기가 발생하는 반응 정상 작동 온도는 700 ° C 이상입니다 그것은 다른 연료 전지보다 높은 발전 효율을 특징으로합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 단일 셀

연료 전지의 구조 단위 중 하나 일반적으로, 그것은 음극과 양극이 전해질의 양쪽에 배치되는 세트를 나타냅니다 출력을 증가시키기 위해 여러 개의 단일 셀 스택을 스택이라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 펄스 레이저 증착 방법 (PLD 방법)

제어 조성물을 갖는 고 결정성 박막이 진공 챔버에서 고출력 레이저를 조사하여 관심있는 물질 (표적)을 빠르게 증발시킴으로써 제어 된 조성물을 갖는 고 결정질 박막이 형성되는 물리 증기 증착 방법[참조로 돌아 가기]

◆ 자체 조립 된 실시간 바카라 사이트 복합체 공기 전극

실시간 바카라 사이트 스케일에 비슷한 재료의 혼합 상태를 깨닫는 새로운 공기 전극 PLD 방법에서, 상이한 물질의 표적은 동시에 증발되고 기판상의 필름 형성 과정에서 상이한 물질의 선택적 및 규칙적인 결정 성장 현상을 사용하여 제조되므로, 따라서 "자체 조립 된"이라는 용어가 사용되었다 자체 조립 구조는 필름 형성 조건 등을 기준으로 제어 될 수 있습니다이 시간에 제조 된 자체 조립 된 실시간 바카라 사이트 복합체는 전극 (LSCF)-전해질 (GDC)-가스로 구성된 3 상 인터페이스의 존재에 의해 고성능을 달성 한 것으로 생각되며, 이는 일반적으로 실시간 바카라 사이트 수준에서 고기질에서 높은 전극 반응 활성을 갖는 것으로 간주됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ Nano-Column Porous Current Collector Layer

SOFC의 공기 실시간 바카라 사이트 반응에서, 산소 분자는 전자와 반응하여 산화물 이온이된다 실시간 바카라 사이트 반응을 신속하게 진행하기 위해서는 전자를 반응 장에 공급하는 것이 중요하다 전류 수집기 층은 실시간 바카라 사이트 반응 필드에 전자를 빠르게 공급하는 역할을한다 이번에는 (LA, SR) COO₃(LSC)를 표적 재료로 사용하여, PLD 방법을 사용하여 기판에 약 수십 개의 NM 두께로 원주 구조를 증착함으로써 박막을 제조 하였다[참조로 돌아 가기]

◆ 셀 스택

단일 SOFC 단일 셀은 약 1V의 전압 만 얻을 수 있으므로 실제 SOFC 시스템에서는 여러 개의 단일 셀이 함께 번들되어 셀 스택을 형성하여 시스템을 형성합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Cogeneration System

전기와 열의 두 가지 유형의 에너지로 연료를 추출하는 시스템[참조로 돌아 가기]

◆ Mono Generation System

연료에서 전기 에너지 만 추출하는 시스템[참조로 돌아 가기]

◆ 실시간 바카라 사이트 저항

단일 SOFC 셀을 생성 할 때 전력 손실을 유발하는 저항 성분 중 하나 성능 향상을 위해서는 저항력이 낮은 실시간 바카라 사이트이 필요합니다 공기 실시간 바카라 사이트에서의 반응 공정 동안, 이는 공기 중의 산소 분자를 전해질에 의해 운반 할 수있는 형태 (산화물 이온으로 변환)로 변환 할 때 소비 된 에너지에 해당한다[참조로 돌아 가기]

◆ 스프레이 열분해 방법

입자 합성 공정 중 하나 금속 요소가 용해되는 수용액에 초음파 진동 요소 등을 스프레이하고, 탈수, 분해, 반응 및 소결이 지속적으로 수행되는 캐리어 가스를 사용하여 가열 용광로로 운반됩니다 이번에 생성 된 실시간 바카라 사이트 복합 경매 전극에서, 약 10 nm에서 NIO 및 YSZ의 1 차 입자가 응집 된 2 차 입자가 생성되었다 이 2 차 입자를 사용하여 다공성 전극을 형성함으로써, 전기 촉매로서 높은 활성이 얻어진다[참조로 돌아 가기]