SOECの劣化解析では、ZrやSrのカチオンの電解質層を超えた拡散が進み、層間剥離や電解質層近くへのNi再分布がみられ、固体酸化物形燃料電池(SOFC)よりも高い劣化率が示された。試料ご提供:M. Cantoni, EPFL, Lausanne, CH
エネルギー材料

地球を守る

燃料電池の未来

気候変動、エネルギーセキュリティ、環境保全はすべての国が直面している課題です。この先地球を守るためには、現在の燃料技術の代替となるものが必要です。石油の必要量を減らし、大気中への有害物や温室効果ガスの排出を減らせる可能性のある代替燃料は、内燃機関の代わりになることが期待されています。

マルチスケール解析の課題

水素の輸送と貯蔵が燃料システム使用の大きな障壁となっているように、燃料電池が消費市場に大々的に参入するには、いくつかの課題を解決する必要があります。また、燃料電池が多くの層と材料からなる複雑な構造であることも問題の1つです。微細構造を詳細に解析するという困難な作業には、適切なツールが欠かせません。

現在の燃料電池技術と同様に、将来の代替燃料の性能はマルチスケールの機械的・化学的特性によって判断されます。それには、高分解能イメージングと、ナノレベルからマイクロレベルまでの正確な化学分析が求められます。燃料電池が機能する(または機能しない)仕組みを理解するには、電池にダメージを与えずにin situで微細構造形成を観察する必要があります。

ネットワークに接続された相関顕微鏡が問題を解決

マルチスケール解析の問題を解決するのは、高分解能の相関顕微鏡です。非破壊オペランド技術により燃料電池の作用をリアルタイムで観測し、微細構造、破壊モード、欠陥による影響について重要な情報を得ることができます。

ZEISSの相関顕微鏡では、このマルチスケール、マルチディメンションの問題を解決することが可能になります。ネットワークに接続された顕微鏡の包括的なポートフォリオによって、燃料電池のマルチスケール2D/3D/4D解析が実現します。

次のステップ

燃料電池解析向け顕微鏡のポートフォリオと、試料にダメージを与えずに必要な情報を得られる高分解能の非破壊イメージングについて詳細をご覧ください。

アプリケーション例

  • 固体酸化物形燃料電池のセグメンテーションされたアノードと三相界面。

    固体酸化物形燃料電池のセグメンテーションされたアノードと三相界面。Xradia 810 Ultraでイメージング(試料幅39 µm)。

  • 固体酸化物形燃料電池(SOFC)をX線顕微鏡(XRM)のXradia 810 Ultraでイメージング。

    固体酸化物形燃料電池(SOFC)をX線顕微鏡(XRM)のXradia 810 Ultraでイメージング。SOFCの3つの層を可視化:上層はランタンストロンチウムマンガナイト(LSM)からなる多孔質のカソード。LSMネットワークは局所の厚みによって色分けされ、薄いところは青、厚みのあるところは赤で示されている。試料の中央層はイットリア安定化ジルコニア(YSZ)からなる電解質。YSZ内に空隙がみられ、下層の空孔ネットワークとつながっている空隙はオレンジで示されている。下層はニッケルとYSZからなる多孔質のアノードで、YSZは青、ニッケルは赤で示されている。ORS Visual SI Advancedにより画像を再構築。

  • コーティングされていない固体高分子型燃料電池の微孔層の表面、2 kVでInlens SE検出器搭載GeminiSEMを使用してイメージング。

    コーティングされていない固体高分子型燃料電池の微孔層の表面、2 kVでInlens SE検出器搭載GeminiSEMを使用してイメージング。それぞれのカーボンナノ粒子はバインダーによって凝集し、多孔構造を形成している。一部には直径10 nm未満のプラチナナノ粒子の付着がみられる。

  • SOECの劣化解析では、ZrやSrのカチオンの電解質層を超えた拡散がみられる

    SOECの劣化解析では、ZrやSrのカチオンの電解質層を超えた拡散が進み、層間剥離や電解質層近くへのNi再分布がみられ、固体酸化物形燃料電池(SOFC)よりも高い劣化率が示された。3D FIB-SEM/EDSを使うことで、計測、トポロジカル分析、個別要素法を実施し、微細構造変化の程度とセルの性能に与える影響の正確な定量化が可能。ZEISS CrossbeamとAtlas 5でデータセットを取得。

  • 固体高分子型燃料電池の膜/電極接合体の3Dイメージング。

    固体高分子型燃料電池の膜/電極接合体の3Dイメージング。ガス拡散層は緑とマゼンタ、微孔層は青、触媒層は明るい黄色、電解質は濃い黄色で示されている。Xradia Versaでイメージング。

固体酸化物形燃料電池の3D断層像

耐熱性複合材料ニッケル/サマリウムドープセリアで構成。
ZEISS Crossbeamでイメージング。


この記事を共有する

ダウンロード

    • ZEISS Atlas 5

      Characterization of Solid Oxide Electrolysis Cells by Advanced FIB-SEM Tomography

      ページ: 7
      ファイルサイズ: 1 MB
    • ZEISS Xradia 810 Ultra

      Characterizing Solid Oxide Fuel Cell Microstructures in 3D

      ページ: 6
      ファイルサイズ: 1 MB