摘 要：本研究对金属支撑型固体氧化物电解池（MS-SOEC）进行了改良，并提高了其电解性能。在金属基底上开设了大量用于气体扩散的μm级细孔。SOEC主体的阳极层和阴极层采用大气等离子体喷涂法（APS）。另外，本研究还进行了CO2电解试验。已确认，通过电解目标CO2能够生成CO和O2，并已验证所制作的电池能够作为MS-SOEC发挥作用。经判断，通过制作最初计划的MS-SOEC并进行运行实证，达到了研究目的。
关键字：二氧化碳，二氧化碳再利用，电解，固体氧化物，金属支撑型固体氧化物电解池（MS-SOEC）
1、研究背景
为削减CO2排放量，作为非化石能源的太阳能、风力等可再生能源以及核能至关重要。作为将可再生能源和核能产生的能量用于CO2还原和再利用的技术，研究人员提出了基于CO2再利用的碳循环系统（图1）。在再利用系统中，利用SOEC，通过电解CO2实现CO2的循环利用。一氧化碳（CO）是CO2再生资源的第一候选[2]。
CO是炼铁和工业生产中的重要还原材料，也可用作Fischer-Tropsch法等制造合成燃料的原料。SOEC有望实现高效电解，其水电解制氢技术正处于研究阶段。关于有效能效率（反应自由能/反应热函），氢为82%，而CO高达97%，几乎与电力相差无异（100%），CO为高质量的能量载体[1]。通过再利用系统，可形成无CO2排放的碳循环系统。此外，可将外部CO2进行再利用，成为CCS的替代系统。
SOEC与固体氧化物燃料电池（SOFC）具有相同的结构，目前正在对其水电解进行研究。SOEC与SOFC类似，电解质采用陶瓷，存在耐热冲击性和层叠化方面的课题，因此很难实现MW级大规模电解用电池的大面积化。针对该问题，本研究以SOEC的大面积化为目标，提出金属基板SOEC，并致力于确立其技术。
2、研究目的
该研究的主要目的是，为削减二氧化碳（CO2）排放量，通过利用非化石能源的固体氧化物电解池，构建CO2再利用系统。SOEC的材料是陶瓷，因此存在难以实现大面积化、多级化和集成化方面的课题。本研究开发一种在金属基板上形成SOEC层的金属支撑型SOEC（MS-SOEC）。通过使用金属，热冲击性、机械应力强，有望实现电池的大面积化和电池的层叠。在实验中，制作MS-SOEC，并验证其CO2电解性能，建立电池大面积化和层叠化技术。同时，还致力于防止材料因基板金属的高温氧化而劣化。本研究是CO2捕获与封存（CCS）的替代技术。
在本研究中，制作MS-SOEC，并对其CO2电解进行实证试验。基于试验结果，确定CO2再利用的效果。关于太阳能电池，兆级光伏发电已得到普及，要在制铁过程中应用ACRES，炼铁高炉中需要应用1~2GW级的SOEC。为解决此类问题，重要的是实现SOEC电池的大面积化和层叠化。本研究申请的目的是确立SOEC的大面积化技术。SOEC与固体氧化物燃料电池（SOFC）具有相同的结构。传统SOEC使用陶瓷作为电池基材即电解质，因此热应力弱，且无法稳定地维持大面积。先行开发的SOFC如果做成平面电池，目前单边最多也只能达到20cm左右。为实现大面积化，也可利用管式电池，但管式电池仅将一端固定在法兰面上，因此其结构复杂，成本高。为了使SOEC大量普及，必须实现电池的大面积化和层叠化。
针对于此，本研究将开发一种在金属板上形成SOEC电池的MS-SOEC并对其进行性能实证。关于使用金属作为电解质的尝试，在SOFC方面具有相关报告[3]，但在SOEC方面尚属首次。陶瓷作为具有优异氧离子渗透性的固体电解质，仍十分重要。
本研究将与陶瓷的热膨胀率接近的SUS430系等