研究開発された技術紹介

次世代電源として期待されているSOFCには寿命とコストの課題が残り、必要発電出力を中温作動で得られる電解質膜開発が求められ、また量産化のためより希少度の低い材料である、ランタンシリケートの採用が期待されている。本材料はプラズマ溶射法で成膜できるが、皮膜中には気孔やクラックが存在しやすいという欠点を克服するために、サブミクロン化した原料粒子を利用するなどにより緻密な電解質薄膜作製の技術開発を行う

中温度域で高い酸化物イオン伝導性をもつアパタイト型ランタンシリケートを電解質として用い、膜厚20μm程度のガス透過のない緻密膜を作製することにより、中温度域での運転でも高い発電出力を示すSOFCの実現を目指す
(新技術)
緻密な電解質膜を作製するために微粒子を原料とするプラズマ溶射技術と、プラズマ中での完全溶融により緻密セラミックス膜を製造できる微粒子溶射装置を開発する
(新技術の特徴)
・従来課題を解決し、中温度域での運転でも高い発電出力を示すSOFCが実現する
・希少金属の使用を避けることでSOFC量産化に対応する

・微粒子プラズマ溶射装置の開発
-微粒子原料供給技術を開発した
-プラズマ溶射装置の組立と溶射実験を実施した
・ランタンシリケート電解質膜の開発
-ランタンシリケート微粒子の作製と供給、溶射膜の分析、溶射膜の発電特性評価を実施した
・溶射膜中の気孔やクラックの三次元形状測定方法の開発
-X線CTスキャンによる測定方法を検討した
-FIB-SEMによる測定方法を検討した

・微粒子プラズマ溶射装置
・上記を用いた、耐摩耗性、絶縁性の高い緻密な溶射皮膜の提供サービス
・ランタンシリケートを用いたSOFC(現在補完研究中)

・微粒子を原料とするセラミックス膜溶射技術の目途を立てることができた
・SOFCランタンシリケート電解質膜を作製し、中温度での発電を実証できた
・X線CTスキャナとFIB–SEMによる気孔やクラックの三次元形状評価では、測定条件と評価方法を検討し、いずれの方法でも微細な気孔の観察や気孔率の測定に成功した

・微粒子プラズマ溶射装置により緻密セラミックス膜を作製し、多用途での利用が実現
-微粒子の安定供給技術(テーブル搬送方式及び樹脂ワイヤー方式)の確立により、さまざまな緻密セラミックス膜の作製が可能となる
-微粒子溶射技術で作製したランタンシリケート電解質膜により、SOFCの中温度運転が実現する
・SOFC製造に係るコスト削減にも貢献
-中温作動SOFCでは、耐久性向上、希少金属の使用削減、周辺部材のコストも低減できる
-さらに溶射技術の適用による量産化も視野に入る

・今後、皮膜製造の事業化を検討するとともに、新たに開発した原料供給法である微粉の溶射機へのワイヤー供給法を独立して外販する予定である
・供給法は、ライセンス供与により専業メーカーの製品として事業化することも検討する