米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）无机功能材料研究部[研究部主任松原一郎]功能集成技术组藤城义伸，研究组组长，山口俊明，高级研究员，岛田博之，高级研究员，山口由纪，研究员，水谷康信，客座研究员（东邦燃气有限公司）是国家研究开发机构新能源和产业技术开发机构（石冢会长） Hiroaki]（以下简称“NEDO”）委托项目“NEDO领先研究计划/能源与环境新技术领先研究计划”，世界上第一个实用规模质子传导陶瓷燃料电池（PCFC、质子陶瓷燃料电池) 制作成功。
PCFC理论上可以100%利用燃料，优于所有已知的发电设备发电效率可以达到75%，但质子传导陶瓷的生产需要1700°C或更高的高温烧制，因此难以扩大规模（现有技术：直径30毫米）。这次，扩散烧结我们开发了这项技术，并使用允许大规模生产的工艺制造了实用的 80 毫米方形 PCFC。另外，通过分层电解质电压效率也有了明显的改善。通过开发超高效率电源核心技术，结合可再生能源虚拟发电网络以及氢社会的超高效电源，如政府的基本氢战略中所述。
有关该技术的详细信息，请参阅将于2018年7月4日（中欧时间）在瑞士卢塞恩举行的国际会议2018 年第十三届欧洲 SOFC 和 SOE 论坛
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| 原型80毫米方形平板质子传导陶瓷燃料电池（PCFC） |
燃料电池直接将化学能转化为电能，并以其高转换（发电）效率而闻名。由陶瓷材料组成固体氧化物燃料电池（SOFC、固体氧化物燃料电池)可以在高温下运行，并且在燃料电池中具有最高的发电效率。 SOFC的主要成分固体电解质层选择性地允许离子通过，传统上使用稳定氧化锆（一种氧化物离子导体）。最近有报道称，通过使用选择性质子渗透陶瓷膜作为电解质层，理论发电效率显着提高，即使是通常热损失增加的小型燃料电池系统，也能以超过火力发电厂的效率发电（发电效率：61%）（预计发电效率：75%）。科学报告, 5, 12640 (2015)）。如果能够实现政府引进燃料电池为超高效率燃料电池的目标的一半以上，二氧化碳排放量就可以达到500万吨/年的水平。2它也有望成为虚拟发电网络所需的高效供电技术之一，以补偿因可再生能源引入量增加而引起的电力波动。
PCFC的研究和开发正在取得进展，但可应用于大于50平方毫米的实际尺寸的烧结技术尚未开发出来。另外，PCFC中使用的质子传导陶瓷有电子泄漏，存在电压效率低等具体问题。为了成为世界上第一个实现这种PCFC的技术，AIST通过产学官之间的合作，致力于开发一种既可以制造实用尺寸的电池，又可以抑制电子泄漏的技术。
这一成果是通过与松下公司、则武株式会社、精密陶瓷中心、东北大学、横滨国立大学和宫崎大学的合作研究（作为 NEDO 委托项目的一部分）以及与东京燃气有限公司和东邦燃气有限公司合作研发而取得的成果。
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| 图1质子传导陶瓷燃料电池的发电效率目标 |
PCFC理论上可以100%使用燃料，因此其发电效率比SOFC高20%以上（预估PCFC发电效率：75%，低热值)，大CO211649_11902烧结助剂，但该添加助剂在质子传导陶瓷的晶界处形成隔离作为电解质层存在问题，因为容易腐蚀并且绝缘性能劣化。
这次使用钡（Ba）作为电解质材料钙钛矿材料：BaZrO3使用了系统组成。一些Ba基钙钛矿材料含有CO2，但 CO2因此，CO23选择系统组成。为了制造实用尺寸的燃料电池，我们研究了详细的烧结行为并开发了一种称为扩散烧结的技术。这是一种将含有烧结助剂的燃料电极支撑体和薄层电解质共烧的技术，在此过程中，过渡金属优先完全溶解在电解质中，并且过渡金属不会在晶界处偏析。图2所示为Ba基钙钛矿材料：BaZrO3显示了系统组成的烧结促进效果。在普通烧结中，1500℃时的烧结率约为50%，烧结几乎不进行，但采用扩散烧结法，烧结率达到100%（密度99%以上），并且形成致密的电解质层，并且不会发生气体泄漏而导致不必要的燃料消耗。可使用扩散烧结法进行批量生产挤压成型法是啊编带成型方法燃料电极基材的制备和浸涂是啊丝网印刷中进行成膜和烧制来形成电解质层和空气电极层，可以原型制作各种形状的燃料电池，包括管状和平板状。
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| 图2电解质层致密化温度（普通烧结和扩散烧结）和原型电池（上：100毫米长管型，左下：80毫米方形平板型，中下：50毫米方形平板型，右下：常规尺寸25毫米直径硬币型） |
Ba基钙钛矿材料：BaZrO3电解质材料的组成是通过抑制电子泄漏来确定的，因为电子泄漏发生在燃料电池运行的环境中质子输运数这次，我们在电解质层上堆叠了电子泄漏阻挡层，电解质层的CO2实现了耐用性和电子泄漏控制。图3显示了新开发的PCFC发电电池电解质层横截面的电子显微照片以及电解质分层的影响。开路电动势之间的区别理论值表示电子泄漏量，通过将电解质分层，电子泄漏得到显着改善。目前已报道 BaZrO3系统电解质（小型硬币型电池）为093至099V，新开发的发电电池在实用电池尺寸下可以获得106V，接近理论值的93%。
图4显示了为评估而制造的50毫米见方的扁平单电池的外观和发电特性。额定工作电压为085V时，600℃和700℃时的实际电流值分别为53A（输出值：45W）和60A（输出值：51W）。该 CO 可用于 Ene-Farm 等。2这是实用尺寸的单电池作为耐用 PCFC 的第一个演示数据。实际尺寸的传统SOFC在700℃左右工作时的发电特性为700～750℃，085V工作时的电流密度为02～03A/cm2另一方面，新开发的PCFC发电电池即使在600°C的工作温度下，在085 V左右的电流密度也能达到03 A/cm，降低了100°C2，发电特性优于SOFC。
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图3 所开发的电解质层的横截面电子显微照片以及由于层压而提高开路电动势的效果
(工作温度600℃，供应室温加湿氢气和室温加湿空气时，理论电动势为113V) |
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图4 评价用50mm见方平板PCFC的外观和发电特性（工作温度600℃和700℃）
(电极面积：16厘米2，供应室温加湿氢气和室温加湿空气） |
从现在开始，单细胞短堆栈来识别问题和效率评估，并促进产学官之间的合作研究，以实现超高效率PCFC的示范。未来，此次开发的技术将广泛应用于电化学反应装置，例如通过燃料电池的逆反应——蒸汽电解生产纯氢，并将为可再生能源和氢基电网相结合的电网建设做出贡献。