Tatsuya Kawada

セル構造体の解析

固体酸化物形燃料電池（SOFC）による超高効率発電／コジェネレーションは，再生可能エネルギーの不安定性を補いつつ低炭素で自律可能なエネルギーシステムを構築するための重要なツールである。本格的普及のためには，コストの削減と耐久性・効率の向上を同時に満たすことが必要であり，基礎に立ち帰ったブレークスルーが必要になる。特に重要なのが電極のエンジニアリングである。SOFCのガス電極は，電極と電解質の単純な界面としてではなく，三次元的な広がりを持つ「界面領域」として捉えたエンジニアリングが必要である。そこで本研究では，SOFC動作環境下の界面ナノ，ミクロ，マクロ領域に適用可能な「その場」計測法を開発するとともに，これらを統合した評価プロセスを構築することによって，界面領域エンジニアリングを可能にすることを目的とする。具体的には，界面領域の挙動を，①ナノ領域での化学種の挙動と電子状態，②ミクロ領域での物質輸送と微細構造・組成，そして③これらの結果として現れるマクロ挙動，のマルチスケールで捉え，各スケールでの挙動を実環境下またはそれに近い環境で測定する手法を開発・整備し，これらの計測手法を直接的・間接的に連携させて総合的な評価スキームを構築することを目指す。

固体酸化物形燃料電池の機械的損傷を伴う劣化の発生機構を解明し、各種セルの短期・長期信頼性を評価する手法を提案する。このために、まず、スタック開発各社との情報交換、実セル試験片の解析、または単セルやスタックへのＡＥ法適用による共同実験を必要に応じて実施し、実機で生じる機械的劣化現象とそれを引き起こす負荷（=劣化因子）との対応関係を解明する。抽出した劣化現象を抽象化して再現する模擬セルを設計・試作し、各劣化因子に対する負荷加速試験法（過負荷試験法）を確立する。得られた結果を、各種の実セルの信頼性評価と劣化対策に繋げるためのスキームを確立する。 これらの項目の実施に必要な機械的損傷のその場検出などの実験手法、及び、セルの微構造や動的な内部化学ポテンシャル変化を考慮したシミュレーション手法は未だ確立しておらず、上記の項目の実施に並行してこれらの開発を進める。さらに、各材料の物性データ・機械特性データを調査・取得して、上記の解析を進めるための基盤として整備する。