Determination of defect structure in proton-conductive ceramic-electrolyte materials by light-induced pulsed ESR

• Project/Area Number: 24K06923
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: Wakayama University
• Principal Investigator: 秋元 郁子 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (00314055)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奥山 勇治 宮崎大学, 工学部, 教授 (80613281) ; 松岡 秀人 北海道教育大学, 教育学部, 准教授 (90414002)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2026: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 固体電解質 / ジルコン酸バリウム / プロトン伝導 / 構造欠陥 / パルスESR法

Outline of Research at the Start

酸化物セラミック電解質を用いた燃料電池の実用化においては、固体電解質内でのイオン伝導が低い温度で1 S/m以上の高い伝導度を実現することが必要である。イオン伝導には電解質の構造欠陥が重要な役割を果たすと考えられているが、更なる性能向上のためには欠陥の局所構造を精度よく把握しイオン移動メカニズムと伝導経路を実験的に解明することが急務である。本研究では、光照射により欠陥に電子をトラップさせ、その電子スピンをパルス電子スピン共鳴（ESR）法によりプローブし、周辺核スピンとの磁気的相互作用を観測することで、プロトン伝導に密接に関わる欠陥構造を高い精度で実験的に明らかにする。