報告書番号

M07018

タイトル（和文）

MCFC寿命予測手法の確立

タイトル（英文）

Establishment of MCFC Lifetime Estimation Method

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

MCFC寿命予測手法の精度を、６万時間以上の実測データを用いて検証するとともに、解体分析結果をあわせて考察し、手法精度の向上を図った。６万時間データに寿命予測手法を適用した結果、予測出力電圧は2.5万時間以降、実測値よりも低くなることがわかった。これは、反応抵抗の算出基礎となる電極部での電解質量を過小に評価しているためであり、電極部での電解質損失速度が、電解質板部での損失速度よりも遅いことが原因と考えられる。運転終了後、多くの電池を解体分析し、電解質板、電極、各々の平均細孔径、細孔率等の運転前後の変化を測定した結果、電解質板平均細孔径は、時間の0.5乗に比例して増加することがわかった。電解質保持能力は電解質板平均細孔径に反比例するため、電解質部の電解質損失速度が予測よりも増大し、電解質板部と電極部の電解質損失速度に差が生じると考えられる。電解質板部の電解質損失速度の増大を考慮して寿命予測手法を改良した結果、出力電圧を5mV程度以下の誤差で良く再現できることがわかった。以上の結果を基に、スタック寿命予測手法を改良し、スタック寿命への運転温度の影響を評価した。改良法では電解質板部での電解質損失速度が従来法よりも速いため、運転温度のスタック寿命への影響が従来法よりも大きく、運転温度調整などによる電解質量管理がより一層重要であることがわかった。

概要 （英文）

Cell voltages of Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) decrease with operating time since the electrolyte is consumed mainly by corrosion of separator plates. The target of cell voltage decreasing rate is lower than 10% of initial cell voltage at 40,000 h in operating time. MCFC lifetime estimation method has been developed using data which were measured for 25,000 h operations to estimate cell voltage at 40,000 h from initial cell voltages. The lifetime estimation method has been verified with data which were measured for 60,000 h. Cell voltage and voltage drop by internal resistance were estimated by the lifetime estimation method. However, after 25,000 h, difference between measured and estimated cell voltages was not agreed. After the operation, cells were analyzed on mean pore size, porosity of each component. As a result, mean pore size of matrix was increasing with t0.5. Since the electrolyte in the matrix is fixed by capillary force, increment of mean pore size makes capillary force lower and the electrolyte is lost. The electrolyte in the matrix is lost with t, and the electrolyte in the electrodes is lost with t0.5. Consequently, the lifetime estimation method has been improved. Cell voltage over 60,000 h, would estimate by the lifetime estimation method. In addition, stack lifetime method has been improved with the result of single cell lifetime estimation method.

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