韓国科学技術院(KAIST)の研究チームが、固体酸化物形燃料電池(SOFC)とプロトンセラミック燃料電池(PCFC)の両方に使える電極材料を開発した。8月9日付け発表。研究成果は、Energy & Environmental Scienceに掲載された。

セラミック燃料電池は、電解質が伝導するイオンの種類によってSOFCとPCFCに分類される。SOFCとPCFCはどちらも電気と水素の生成を切り替えられるため、セラミック燃料電池は合計4種類のデバイスに分類できる。しかし、これらのデバイスは、運転温度の低下とともに最も遅い反応速度が低下し、デバイスの効率が著しく悪化するという問題を抱えている。

図1. 新しいユニバーサル電極で動作する、高性能酸素イオン伝導性固体酸化物形燃料電池(SOFC)とプロトンセラミック燃料電池(PCFC)の概略図

この問題を解決するため、KAISTの材料科学・工学科(Department of Materials Science and Engineering)のチョン・ウチョル(Jung WooChul)教授と機械工学科(Department of Mechanical Engineering)のイ・カンテク(Lee Kang Taek)教授、そして弘益大学(Hongik University)のキム・ジュニョク(Kim Jun Hyuk)教授率いる共同研究チームは、ペロブスカイト型酸化物材料に、高原子価イオンTa5+をドープした。その結果、通常は非常に不安定な結晶構造を安定化させることに成功し、触媒活性が100倍向上することを確認した。

図2. (a) 新しいユニバーサル電極を備えたプロトンセラミック燃料電池 (PCFC) の電力変換と水素生成の性能チャート (b) および他の報告されているデバイスとの性能比較
(出典：いずれもKAIST)

研究チームが開発した電極材料は、上記の4種類のデバイスすべてに適用できた。さらに、その効率はこれまで報告されたどのデバイスよりも高く、従来の材料と比較して7倍以上に相当する700時間にわたり安定して稼働した。

イ教授は、「我々が開発した材料は、従来の材料とは異なり、4種類のデバイスすべてに適用できる柔軟性を持っている。したがって、燃料電池や水分解装置など、環境に優しいエネルギー技術の実用化への貢献を期待している」と述べた。

サイエンスポータルアジアパシフィック編集部