<博士論文>
LaGaO_3系電解質薄膜を用いる円筒型固体酸化物形燃料電池のモジュールに関する研究

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概要 我が国のエネルギー需要は、人口増加、生活水準の向上、高性能な家電やOA機器の普及などを反映した民生部門を中心に年々増加傾向にある.民生部門におけるエネルギー消費は電力とガスが主なエネルギー源であり,いわゆる光熱費である.一方で,「低炭素社会づくり行動計画」では,CO2などの温室効果ガスを2050年までに現状と比べて60~80%削減を目標としている.しかし,GDPの3割近くを第2次産業で占める工業国...日本が今後も発展を継続するためには産業部門からのCO2排出量削減には限界がある.中でも電力に対するCO2排出量削減は大きな割合を占めており,産業部門では電力を創生するための一次エネルギーの消費効率の向上、民生部門では消費電力を低減する節電機器の導入などで電力削減(=CO2排出削減)が進められている.また地下資源に代替する一次エネルギーとして太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーを利用するという手段も検討されている.2011年3月11日、東日本大震災が発生し東北地方を中心とした地域が,未曾有の壊滅的被害を被った.震源地に近い東京電力株式会社の福島原発は非常用を含めた電源が一時ストップし,危機的な状況に陥った.電源喪失によって原子炉は冷却機能を失い放射性物質を大量に放出するという事故にまで進展した.これは1980年代にロシアで発生したチェルノブイリ原発事故と同じ事故レベルであって,世界的にも原子力発電に対する安全性・信頼性を問われる深刻なものとなった.一刻も早い復興を祈る中で,原子力発電に依存しない,所謂,脱原発を意識しつつ,且つ,CO2排出低減を両立したエネルギー供給が必要となった.以上のような状況下で一般家庭における省エネルギー技術としてのオンサイト発電・蓄電技術に関心が高まり,太陽光発電,家庭用燃料電池システムが注目されつつある.家庭用燃料電池システムは燃料に都市ガスやLPG等を用いて発電し,余剰の熱で温水利用することからCO2排出量が火力発電に対して30~40%削減できるメリットがある.民生部門において電力とガスの消費量をバランスよく削減できるならば,地球環境に対してはCO2排出削減に結がり,消費者に対しては光熱費削減というメリットに結がる.特に電力を作り出すという観点に着目すると,燃料電池は発電効率が高いことが望ましい.燃料電池には後述するように色々の種類が存在するが,高効率発電という点に着目すると溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)や固体酸化物形燃料電池(SOFC)が挙げられる.しかしMCFCは電解質として腐食性の強い液体(溶融炭酸塩)を用いることから,長期安定性に課題がある.一方,SOFCは構成材料がすべて固体(主にセラミックス)であることから長期安定性に優れ,且つ,高効率を達成できるという観点で有望視されている.このSOFCを家庭用燃料電池システムに適応する試みがなされており,商品化に見合った発電効率・コスト・耐久性を達成した商品が望まれている.SOFCは電解質,空気極,燃料極という基本構成から成る単セルと,複数の単セルを電気的に接続して所定の電力量まで積層したスタックと,スタックに高温の改質ガスと空気を供給するための改質器や空気熱交換器等を備えたモジュールと,モジュールに燃料ガスや空気を送風するためのブロアやポンプ等の補機類を備えたシステムで構成される.本論文は,早期商品化が期待される家庭用SOFCシステムに対し,高い発電効率および高い耐久性を達成するためのSOFCモジュールの設計指針を得ることを目的とし,セルの集電構造やモジュールの発電特性について研究したものである.続きを見る
目次 目次 第1章 序論 第2章 単セルの高性能化に関する研究とスタック化 第3章 低温内部改質の研究 第4章 モジュールに関する研究 第5章 総括 謝辞

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登録日 2013.07.27
更新日 2020.10.12

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