【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.14】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0112

利用課題名 / Title

プロトン伝導性セラミック燃料電池(PCFC)空気極反応を解明するためのモデル電極の作製

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電極材料/ Electrode material,リソグラフィ/ Lithography,燃料電池/ Fuel cell

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

狩野 元弥

所属名 / Affiliation

東北大学工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

山内 辰馬,鳥谷越 一郎

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

辺見 政浩,森山 雅昭

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-056：両面アライナ
TU-051：ミカサ スピンコータ
TU-052：アクテス スピンコータ#1
TU-060：現像ドラフト

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　プロトン伝導性セラミック燃料電池(PCFC)は，中低温域で高効率作動可能な次世代の燃料電池として注目されている．実用化に向けた課題の1つに，空気極における反応抵抗が大きいことが挙げられ，高性能な空気極の開発が求められている．一般に，空気極には多孔体電極が用いられるが，多孔体電極は電極粒子が複雑な微細構造を成すことが知られている．そのため多孔体電極を用いた電極性能評価には，多孔体電極の微細構造の影響が含まれることになり，空気極の性能比較や電極反応機構を正確に調査することが難しい．そこで我々の研究グループでは，多孔体電極の構造を模擬しながらも微細構造の影響を排除したマイクロモデル電極を開発した．
　本課題では，PCFCの空気極における反応機構解明のために，多孔体電極反応を模擬したマイクロモデル電極をフォトリソグラフィー技術を用いて作製する．

実験 / Experimental

　ジルコン酸バリウム系電解質ペレットの上に，フォトレジスト(AZ-5214EまたはZPN1150-90)を塗布し，その後両面アライナ(SUSS, MA6/BA6)を用いて露光することによって，リフトオフプロセスが簡単なパターンを得た．その後，基盤上に絶縁膜および電極膜をパルスレーザー堆積法により成膜した．次に，電極膜の三相界面導入箇所以外を同様のレジストおよび両面アライナを用いてマスクし，イオンミリング装置を用いて，三相界面を導入した．最後に，保護レジストを除去することで，基盤上にマイクロモデル電極を作製した．

結果と考察 / Results and Discussion

　図1(a)はモデル電極のイメージ，(b)は作製したモデル電極の断面SEM像を示している．図中に示す通り，電解質基盤側から絶縁膜および電極膜となっており，図の中央部には電解質・電極・気相から成る三相界面が導入されていることから，設計通りにモデル電極を作製できた．今後は作製したモデル電極の電気化学測定を予定しており，多孔体電極では規定することができなかった電極粒子の微細構造を排除し，正確な電極性能の評価が可能であると考えている．

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1(a)モデル電極イメージ，(b)作製したモデル電極の断面SEM像

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件