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低温作動固体酸化物形燃料電池用空気極の反応機構の解明

Research Project

Project/Area Number 13F03064
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

雨澤 浩史  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90263136)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) LING Yihan  東北大学, 多元物質科学研究所, 外国人特別研究員
LING Yihan  東北大学, 多元物質科学研究所, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords固体酸化物形燃料電池 / 空気極 / 酸素不定比性 / 空気極材料
Outline of Annual Research Achievements

今年度はSr3Fe2O7の酸素量変化が電子伝導特性および結晶構造に与える影響を評価した。これは固体酸化物形燃料電池の空気極がさらされる雰囲気や運転条件で、空気極材料の物性がどのように変化するかを検討するうえで必要不可欠な知見である。また材料の電気化学特性向上を目標に、異種元素添加の影響も評価した。熱重量測定、クーロン滴定、導電率測定は実際の燃料電池が動作する600~800℃で測定を行った。また任意の温度・酸素粉圧における結晶構造をIn-situ XRD測定により評価した。酸素欠陥種が生成することによる結晶格子の変形は他の不定批正材料でも報告されているが、この現象をデバイス設計に反映しないと、深刻な劣化・破壊がもたらされることが懸念される。そのため、任意の条件における結晶構造を明らかにすることは高信頼性の燃料電池システムを構築するうえで必要不可欠な知見である。
Sr3Fe2O7の主要な電子伝導キャリアはホールであることが確認できた。酸素分圧変化による電子伝導性の変化は欠陥化学的に予想される挙動と一致した。また、Sr3Fe2O7はある程度の電子伝導性および可動酸素欠陥種を有していることから、酸化物イオン-電子の混合導電性を示すことが示唆された。混合伝導性は、高性能は空気極材料のに必要とされる特性の一つである。
酸素量変化による結晶格子の変化は、通常の不定批正酸化物で報告されているものとは異なる挙動を示すことが明らかになった。これは非常に興味深い実験結果であり、Sr3Fe2O7の層状構造に由来するものであることが予想される。今後さらに変形機構を検討する必要があると考えている。
また昨年度まで得られていた実験結果をまとめ、査読有論文1報、国際学会発表2件、国内学会発表2件の成果を上げた。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2015 2014

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Oxygen nonstoichiometry, the defect equilibrium model and thermodynamic quantities of the Ruddlesden Popper oxide Sr3Fe2O72015

    • Author(s)
      Yihan Ling, Fang Wang, Riyan A. Budiman, Takashi Nakamura, Koji Amezawa
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 17 Issue: 11 Pages: 7489-7497

    • DOI

      10.1039/c4cp05719h

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Oxygen nonstoichiometry and defect equilibrium in the Ruddlesden-Popper phase Sr3Fe2O7-dOxygen nonstoichiometry and defect equilibrium in the Ruddlesden-Popper type oxides LaxSr3-xFe2O7-δ (x=0, 0.25 and 0.5)2015

    • Author(s)
      Yihan Ling, Fang Wang, Takashi Nakamura, Koji Amezawa
    • Organizer
      20th International Conference on Solid State Ionics
    • Place of Presentation
      Keystone, Colorado, USA
    • Year and Date
      2015-06-14 – 2015-06-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Defect equilibrium and thermodynamic quantities in the Ruddlesden-Popper type Sr3Fe2O7-d2014

    • Author(s)
      Yihan Ling, Fang Wang, Takashi Nakamura, Koji Amezawa
    • Organizer
      第55回電池討論会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2014-11-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Thermal and chemical expansion of the Ruddlesden-Popper type oxide Sr3Fe2O7-d2014

    • Author(s)
      Yihan Ling, Fang Wang, Takashi Nakamura, Koji Amezawa
    • Organizer
      2014 Asian SOFC Synmposium and Exhibition
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      2014-09-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Oxygen nonstoichiometry and electronic state of the Ruddlesden-Popper type oxide Sr3Fe2O7-d2014

    • Author(s)
      Yihan Ling, Fang Wang, Takashi Nakamura, Koji Amezawa
    • Organizer
      17th Chinese Conference on Solid State Ionics
    • Place of Presentation
      Baotou, China
    • Year and Date
      2014-08-03
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Oxygen Nonstoichiometry and Defect Equilibrium in the Ruddlesden-Popper Phases Sr_3Fe_2O_<7-δ>2014

    • Author(s)
      Ling YiHan, Wang Fang, Takashi Nakamura, Koji Amezawa
    • Organizer
      第81回電気化学大会
    • Place of Presentation
      関西大学
    • Year and Date
      2014-03-29
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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