～大型トラックなど固体酸化物形燃料電池の多用途化を推進～
未来社会デザイン統括本部、脱炭素ユニット/CO₂回収・ 変換グループ 山崎 仁丈教授（エネルギー研究教育機構）らの研究グループの研究成果についてお知らせいたします。
ポイント
① 固体酸化物形燃料電池（SOFC, ※1）の中温動作（300℃）に不可欠な高プロトン伝導性酸化物を開発
② 高いプロトン伝導率を発現するメカニズムを計算機シミュレーションにより解明
③ SOFC の実用化や大型トラックなどへの多用途化が期待される
概要
SOFC は、高効率かつ高耐久な燃料電池の１つです。水素を燃料とし、発電時に二酸化炭素を排出しない発電デバイスであり、水素エネルギー社会実現に向けた中核技術として注目されています。しかし、発電の動作温度は 700~800℃と高く、高価な耐熱材料の使用による材料コストが課題となっています。もし 300℃程度の中温度域で発電できれば、より安価な耐熱材料の使用によるコスト削減が期待されますが、この温度域で十分な性能を持つ電解質材料はこれまで見つかっていませんでした。
九州大学エネルギー研究教育機構・工学府材料工学専攻の山崎仁丈教授の研究グループは、スズ酸バリウム（BaSnO3）とチタン酸バリウム（BaTiO3）にスカンジウム（Sc）を高濃度で置換することで、SOFC の電解質材料に求められる「プロトン伝導率が 0.01 S cm-1以上」という条件を、300℃で達成するプロトン伝導性酸化物（※2）の開発に成功しました。
今回の発見は、プロトン伝導性酸化物が 1981 年に発見されて以来、その高性能化を阻むプロトントラップ回避方法を初めて提案、実証した点に意義があります。これにより、低コストな中温動作SOFC の実現に繋がり、SOFC の実用化や多用途化を大きく加速させることが期待されます。
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【用語解説】
(※1) 固体酸化物形燃料電池（SOFC）
固体酸化物を電解質として用いた燃料電池。商用化されているものは 700～800℃という高温で動作しており、他の燃料電池と比べて高いエネルギー変換効率を有する。高温に耐えうる材料で構成する必要があるため材料コストが高く、低温動作化による構成材料コストの低減が求められている。
(※2) プロトン伝導性酸化物
固体中をプロトンが伝導可能な酸化物材料のこと。プロトンの伝導速度を表すのがプロトン伝導率。
