摘 要：本文通过三维电极微观结构的定量评估，验证了固体氧化物型电池的Ni-YSZ（镍-氧化钇稳定氧化锆）与Ni-GDC（镍-氧化钆参杂氧化铈）燃料极在燃料电池模式和电解池模式下的性能变化与电极微观结构之间的相关性。此外，通过结合LSM-YSZ空气极的氧同位素标记试验和三维电极微观结构分析，验证了实际电极结构中的反应机理。
关键字：固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池、三维电极微观结构重构、氧同位素标记、二次离子质量分析法
研究背景
近年来，为了建立可持续的能源系统，世界各国都在加快引进可再生能源。为了抑制可再生能源的输出波动，稳定系统电力输出，需要开发一种技术来储存发电所产生的电能，并根据需要将其再转换为电力。利用电解的燃料合成是一种将电能转换为化学能的技术，合成的燃料可以通过使用燃料电池进行化学反应再转换为电力。
使用固体氧化物电池的固体氧化物燃料电池（SOFC）与固体氧化物电解池（SOEC）在发电和电解这两种模式下，在此前提出的能量转换装置中具有最高的转换效率。此外，SOFC与SOEC的另一主要特征是可利用各种燃料和反应物。因此，通过大规模引入可使SOFC/SOEC可逆运行的系统，有望大幅提高能源系统的效率。阻碍SOFC/SOEC系统全面引入的课题之一是电池电极在长期运行过程中的性能劣化。关于劣化因素，已经验证了包括高温运行下的烧结过程造成的电极微观结构的变化、材料的离子电导率的变化、杂质引起的反应活性的变化等。然而，受这些因素的综合影响，劣化变得复杂，并且对各影响的评估尚不充分。此外，虽然已有报告表明SOEC模式下的劣化快于SOFC模式，但是与此相关的研究还很少。因此，需要详细验证SOFC和SOEC模式下的劣化因素。
研究目的
与SOFC模式相比，关于SOEC模式下的电极性能变化与电极微观结构之间的相关性的研究较少。本项研究的目的是着眼于燃料极，验证SOFC、SOEC模式下的电化学性能变化与电极微观结构之间的相关性。此外，为了实验验证实际的多孔电极内部