カーボンニュートラルのためのSOFC/SOEC技術

固体酸化物形燃料電池 (Solid Oxide Fuel Cell : 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。近年は、これを逆動作させて、再生可能エネルギーからグリーン水素や合成燃料を製造する、固体酸化物形電解セル (Solid Oxide Electrolysis Cell : SOEC) も注目されている。 　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しつつ、これらの技術の原理から、そこで使われる材料の物理化学的・機械的特性、実システム中での挙動までを解説する。特に、材料の開発・改良において必要となる最新の評価手法 (直流分極測定、インピーダンス測定、等価回路解析、DRT解析、高調波解析、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. 固体電気化学系の等価回路
   3. SOFC/SOEC材料の欠陥平衡
   4. 電解質と混合導電性
   5. 高温ガス電極反応の考え方
   6. インターコネクト用酸化物および合金
4. ボタンセルの電気化学評価法の原理と実際
   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解析
   5. 緩和時間分布 (DRT) 解析
   6. 高調波解析
5. 材料とセルの機械的特性の評価
   1. 構成材料の高温機械的特性
   2. 熱-(電気-) 化学-機械特性
   3. 動作時のセルの変形と応力の発生と評価法
   4. スタック内不均一性の解析と検証の試み
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