燃料电池走向普及（二）SOFC技术篇

据日经技术在线报道：作为固体高分子型燃料电池（PEFC）的竞争对手，固体氧化物型燃料电池（SOFC）也在为了弥补缺点而积极推进技术开发。最近发现了一种新材料，有助于解决一直存在的课题——降低工作温度。如果能降低工作温度，就可以使用便宜的材料，并提高耐久性。

SOFC在家用市场的上市时间比PEFC要晚。2004年开始开发SOFC、2012年推出产品的大阪燃气介绍说，SOFC由于工作温度高达700～750℃，如何确保耐久性是一个课题。2006年前后在确保电池单元单体耐久性方面取得了突破，但将电池单元连接起来制成电池组时，耐久性就会大幅降低。

耐久性降低的原因在于连接电池单元的集电金属（图1）。为了缓和热膨胀时的应力，集电金属采用的是较软的不锈钢。不锈钢中添加了铬（Cr），铬移动到电池单元中形成氧化物，对耐久性造成了影响。

图1：提高SOFC的发电效率

大阪燃气2012年4月推出了家用SOFC（a）。对发电效率高达55％的新一代SOFC的试制品实施了试运转（b）。（图（a）由《日经电子》根据大阪燃气的资料制作）

因此，大阪燃气为了抑制铬的移动，在不锈钢表面加工出了陶瓷涂层。燃气灶上放锅的三脚架的金属表面也有陶瓷涂层。该公司负责三脚架涂层的技术人员考虑了周边零部件的热膨胀系数等，为作为集电金属的不锈钢选择出了最合适的涂层材料。这样，虽然电阻成分和制造成本有所上升，但确保了将近10年的耐久性注1、注2）。

注1）除集电金属外，把燃气导入电池单元的“燃气歧管”部件和机壳也使用了不锈钢。这些不锈钢中添加了Si，因此，通过热处理在其表面形成氧化覆膜抑制了铬的移动。

注2）此外，大阪燃气面向加氢站等，于2013年12月推出了可通过天然气改质制造氢的现场型制氢装置“HYSERVE-300”。制氢能力为300Nm3/小时，与利用三台该公司的100Nm3/小时的产品相比，设置面积可削减约42％，设置成本可削减约50％。利用天然气制氢的改质效率由原产品的71％提高到了79％，这主要是通过改进重整器、强化废热回收、在去除杂质的PSA（变压吸附）装置中采用新方式等实现的。

发电效率目标为55％

目前SOFC的低热值燃料发电效率为46.5％，大阪燃气的计划是，2010年代将效率提高到50％，2020年以后提高到55％。不仅是家用领域，还打算采用相同的电池单元，面向3kW左右的工业用途开展业务。产品化之前，大阪燃气先在该公司的实验集合住宅“NEXT21”中设置了发电效率约为55％的试制品，连续进行了试验。

试制品采用的电池组与现在的产品相同。增强隔热和空气换热器性能为提高发电效率做出了贡献。SOFC中，7成燃气用于发电，剩余3成用于维持700℃的高温。通过增强隔热和换热器性能，可削减燃气用量。

不过，削减燃气导入量后，电池组温度分布会严重影响到产品性能。由于气体的粘度会随温度上升，因此燃气在高温部分难以流通。如果减少燃气的导入量，高温部分的流量就会进一步减少。在这种情况下，氧离子会出现剩余，导致作为燃料极支持体的镍金属陶瓷被氧化。大阪燃气没有公开具体的解决方法，据说是通过最大限度抑制温度分布减小了影响。试制品采用的削减燃气的方法会导致生产成本大幅上升，因此很难立即应用于实际的产品，这是今后需要解决的课题。