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固体酸化物燃料電池(SOFC)

1940
  • Emil Baur
  • H. Preis
産業用エネルギー技術応用における固体酸化物形燃料電池システム。.

(画像はイメージです)

固体酸化物 燃料電池 固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、電解質として固体で非多孔質のセラミック、一般的にはイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を使用する。SOFCは500~1,000℃という非常に高い温度で動作する。この高温により燃料の柔軟性が高まり、天然ガスなどの炭化水素を直接使用できるほか、高価な白金族金属触媒も不要となる。

In an SOFC, the charge carrier through the electrolyte is the oxide ion ([latex]O^{2-}[/latex]). At the cathode, oxygen molecules from the air are reduced by incoming electrons from the external circuit to form oxide ions: [latex]O_2 + 4e^- \rightarrow 2O^{2-}[/latex]. These oxide ions are then transported through the dense ceramic electrolyte to the anode. At the anode, the oxide ions oxidize the fuel. For hydrogen fuel, the reaction is [latex]H_2 + O^{2-} \rightarrow H_2O + 2e^-[/latex]. The released electrons travel through the external circuit to the cathode, completing the circuit and generating electricity.

高い動作温度は、利点であると同時に課題でもあります。貴金属触媒を用いなくても反応速度が速く、アノードで炭化水素燃料を直接内部改質できるため、システム設計が簡素化されます。高品質の排熱はコージェネレーション(CHP)に利用でき、システム全体の効率は80%を超えます。しかし、高温は材料科学上の大きな課題も生み出し、熱サイクルに耐え、劣化を防ぐ堅牢なセラミックスやインターコネクトが必要となります。また、起動時間が長くなるため、SOFCは頻繁なオンオフサイクルを必要とする用途よりも、連続発電に適しています。

UNESCO Nomenclature: 3305
エネルギー技術

タイプ

物理デバイス

混乱

実質的な

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • invention of the Nernst lamp by Walther Nernst (1897), which used a solid ceramic electrolyte (YSZ)
  • 燃料電池の基本原理は、ウィリアム・グローブによって1838年に発見された。
  • セラミック科学および高温材料の進歩

アプリケーション

  • 産業用および商業用建物向けの大規模定置型発電設備
  • 高品質の廃熱を利用する熱電併給(CHP)システム
  • 長距離トラックなどの車両用補助動力装置(APU)
  • グリッドサポートと分散型発電
  • 軍事用途および遠隔電源用途

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:SOFC、固体酸化物、セラミック電解質、YSZ、高温、燃料の柔軟性、コジェネレーション、CHP、定置型発電、内部改質。

歴史的背景

固体酸化物燃料電池(SOFC)

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1945-01-01
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1950
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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