花村　勇太

固体酸化物燃料電池用La(Ni,Fe)O3空気極における電極反応活性

佐藤　一則

La(Ni,Fe)O3(LNF)は従来の空気極材料であるLa0.8Sr0.2MnO3（LSM）に比べ、高い電気伝導性を示し、空気極への適用によってSOFCの内部抵抗を低減することが可能と考えられている。しかしながら、LNFのSOFC空気極としての報告例は少なく、発電状況下におけるLNFの電極反応活性については明らかではなかった。本研究では、高過電圧（高負荷）状態での空気極性能に及ぼす影響、及び詳細な電極反応機構について検討を行った。
LNFにおける電極反応活性を検討するため、LNF空気極とLSM空気極の2種類を同電解質上にもつセルを作製し、ほぼ同条件での放電特性および電流遮断法による空気極活性化過電圧の比較を行った。この結果から、LNF空気極がLSM空気極よりも電極反応活性が高いことを示した。さらに、交流インピーダンス法による界面抵抗測定を行い、LNF空気極はLSM空気極と比較して直流通電により反応過電圧が低下し、電極性能が向上することを示した。
発電初期におけるLNF空気極を用いたセルの放電特性および過電圧の経時変化は、空気極と電解質の界面における微細組織の接合性変化による接触状態の向上が、空気極過電圧減少の原因であると考えられる。セルに対しての高負荷状態すなわち高過電圧状態が活性化過電圧に影響をおよぼすことを、分極抵抗の逆数に対するアレニウスプロットを用いて検討した。その結果、LSM空気極とLNF空気極では電極反応における活性化エネルギーに顕著な違いがあり、LNFはその高い電子伝導性から、電極上の反応場への電子の供給速度が速く、LSMよりも酸素還元反応速度が向上していることを示した。
また、より多く活性化エネルギーを必要とする電解質/空気極界面での酸化物イオンの受け渡しに対して、LNF空気極はLSM空気極よりもより熱エネルギーを必要とし、このことがLNFの活性化エネルギー上昇の要因になっていると考えられる。しかし、LNF空気極はその反応サイト数の多さから、十分な熱エネルギーを与えればLSM空気極よりも高い電極反応機構を示すことを明らかにした。
以上より、LNF空気極での電極反応機構は、LSM空気極とでは異なる可能性を見いだした。