2004 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物固体電解質ナノ粉末の合成及びイオン伝導特性と焼結体微細構造の相関性評価
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15510084
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森 利之 独立行政法人物質・材料研究機構, エコマテリアル研究センター, 主席研究員 (80343854)
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| Keywords | ナノ組織制御 / マイクロドメイン / ドープドセリア / 固体電解質 / 燃料電池 / 微細構造解析 / 透過型電子顕微鏡 / 散漫散乱 |
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| Research Abstract |
1.ナノ粉末の合成・緻密焼結体の作成及び電解質特性評価
昨年度検討したSm_2O_3-CeO_2系につづき、今年度は、Gd_2O_3-CeO_2系(Gd_xCe_<1-x>O_<2-x/2>,x=0.1,0.15,0.2,0.25)の4種類の易焼結性ナノ粉末の合成とその焼結体作成及び焼結体物性評価を行った。各組成において炭酸塩共沈法により、平均粒径30nm程度の球状粒子の作製を行い、これらの粉末を用いて、常圧焼結法により、高密度焼結体を作成した。得られた焼結体は、理論密度の95%以上に緻密化していた。合成したナノ粉末の仮焼条件を550℃から700℃まで変化させて焼結体を作成することにより、焼結体の平均粒径を100nmから1ミクロンまで変化させた緻密焼結体を作製することができた。直流により測定した導電率の焼結体内平均粒径に対する依存性を検討した結果、いずれの組成においても、平均粒径が500nm以下の領域において導電率の向上が認められた。活性化エネルギーの変化は、いずれも40kJ/mol以上の領域で変化していることから、こうした変化は酸化物イオン伝導に由来しているものと考察した。
2.格子像及び電子線回折図の詳細な検討
TEMによりナノ構造を観察した結果、焼結体中の平均粒径が1ミクロン程度の焼結体には、蛍石構造のほかに、歪んだパイロクロア型構造を有するマイクロドメインが観察された。そしてこのマイクロドメインの大きさは、上記の平均粒径500nm以下では、急激に減少していた。
以上の結果から、Gdドープセリア焼結体の導電特性は、マイクロドメインの大きさにより変化し、マイクロドメインの成長が小さい、平均粒径500nm以下の焼結体では、導電率の向上が確認されたものと考察した。次年度は、より正確なTEM像の解析を行い、ナノ領域の特異的なイオン伝導の変化について、詳細に検討する予定でいる。
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