Netsu Sokutei, 32 (5), p. 226, (2005)

解説

固体酸化物形燃料電池(SOFC)の開発における熱物性・熱力学の重要性

Thermophysical Properties of Materials for Solid Oxide Fuel Cells (SOFC)

固体酸化物形燃料電池(SOFC)に用いられる材料の熱容量,熱伝導度,熱膨張係数について解説した。SOFC材料の多くは金属の複合酸化物であり,その熱伝導度は非常に低く,セル内に温度分布が生じやすい。SOFCはこのような金属酸化物とコンポジットの接合体であるため,耐久性の高いセルを開発するには,材料界面における膨張係数の一致が最も重要である。また,電解質とインターコネクトは高温で酸素分圧勾配に曝されるため,試料の一部が還元されて膨張する挙動が希土類セリアやランタンクロマイトにおいて観測される。ランタンクロマイトの還元膨張は遷移金属の置換などで緩和できるが,セリアの場合は,温度を極端に下げる以外の解決方法は見出されていない。
The data of heat capacity, thermal conductivity, and thermal expansion behavior for materials in solid oxide fuel cells (SOFCs) are reviewed. Most of the SOFC materials are complex metal oxides and their thermal conductivities are generally low, that causes a large temperature distribution during the operation. Since the SOFC consists of metal oxides and composites, a good thermal expansion matching is the most important point in order to fabricate durable cells and stacks. The electrolytes and interconnects are exposed in a large gradient of oxygen partial pressure at a high temperature, and isothermal expansion is observed for rare earth substituted ceria and alkaline earth substituted lanthanum chromites. Although the isothermal expansion in lanthanum chromites can be alleviated by substituting the transition metals, it can not in rare earth substituted ceria.