固体酸化物形燃料電池/電解セル (SOFC/SOEC) の最新開発動向と評価技術

固体酸化物形燃料電池 (Solid Oxide FuelCell:SOFC) は、高効率発電技術として、家庭用・業務用システムが開発されてきたが、最近は、これを逆動作させて、再生可能エネルギーを用いたグリーン水素製造や合成燃料製造に用いる固体酸化物形電解セル (Solid Oxide Electrolysis Cell:SOEC) が注目されている。 　本セミナーでは、SOFC/SOECの開発の歴史から最新動向までを概観するとともに、これらの技術が高効率エネルギー変換を可能にする原理について考える。さらに、そこで使われる固体電解質材料や電極材料について、輸送特性、電気化学特性、機械的特性の特徴を解説し、材料の開発・改良において必要となる各種評価手法 (直流分極測定、インピーダンス測定、等価回路解析、DRT解析、拡散係数測定、機械的特性測定、セル応力評価) の実際について詳説する。

1. 固体酸化物形燃料電池 (SOFC) と固体酸化物形電解セル (SOEC) の開発動向
   1. カーボンニュートラルと電気化学エネルギー変換
   2. 熱機関と燃料電池
   3. 化学エネルギーと電気・熱エネルギーの変換:概要
   4. SOFC/SOECの構成と形状
   5. SOFCの研究・開発の歴史
   6. SOFC・SOECの国内外の開発動向
   7. SOFC・SOECの課題と展望
2. SOFC/SOECの発電・電解の原理
   1. 化学エネルギーと電気・熱エネルギーの変換:詳細
   2. 電極反応に伴うエネルギーロス
   3. 発電効率、電解効率
3. SOFC/SOEC材料の基礎
   1. イオン伝導と拡散
   2. 輸率と電解質の効率
   3. プロトン導電性電解質
   4. 高温ガス電極反応の考え方
   5. 空気極材料の反応と設計
   6. サーメット燃料極の設計
   7. インターコネクト用酸化物および合金
   8. SOFC/SOEC材料の熱 – (電気) 化学 – 機械特性
4. ボタンセルの電気化学評価法
   1. 単セル評価の実際と注意点
   2. 参照電極が検出する電位の意味
   3. 交流インピーダンス測定の概要
   4. 電極課程の等価回路
   5. 緩和時間分布 (DRT) 解析
   6. 単セル解析の実例
      • 対象セル
      • 電解質支持セル
      • 電極支持セル
5. 実サイズのセルの発電特性と信頼性評価
   1. 単セルおよびショートスタックの評価とシミュレーション
   2. セル内温度分布・電流分布の評価法
   3. 動作時のセルの変形と応力の発生
6. SOFC/SOECの課題と展望
   1. SOFCの主な劣化要因と対策
   2. SOECおよび共電解に特徴的な劣化要因
   3. セル・スタックの最適設計
   4. 低コスト化への課題