2018 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of quantum dynamics of proton in solid oxide electrolyte membrane based on stochastic method
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16K18032
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
永島 浩樹 琉球大学, 工学部, 助教 (00759144)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 固体電解質膜 / プロトン伝導 / 量子効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体酸化物電解質内におけるプロトン伝導に対する量子効果の影響を明らかにするために、昨年度はこれまでの経験的ポテンシャル使用した解析ではなく、量子化学計算に基づいた手法を用いて解析を行った。解析はBaZrO3電解質膜を対象とし、電子状態より算出したポテンシャル面よりNudged Elastic Band (NEB) 法により最小エネルギー経路（MEP）を特定した。BaZrO3内の２つの伝導経路におけるMEPの結果を経験的ポテンシャルの結果と比較すると、酸素イオン周りの回転伝導経路（経路１）においては電子状態より算出したポテンシャル障壁とほとんど同じ結果になることがわかった。一方水素結合の組み換えに伴う伝導経路（経路２）においては、電子状態より算出したポテンシャル障壁は経路的ポテンシャルの結果の1/2になることがわかった。この結果よりBaZrO3電解質膜内のプロトン伝導は酸素イオン周りの伝導が律速になると考えられる。また経験的ポテンシャルの結果より経路１においてプロトンの量子効果を考慮することでポテンシャル障壁は高くなるため、経路１においてはプロトンの伝導性は量子効果によって低下すると考えられる。一方経路２のポテンシャル障壁は経路１に比べて1/4程度であるため水素結合の組み換えは頻繁に行われていると考えられる。また経験的ポテンシャルの結果より経路２においてプロトンの量子効果を考慮することでポテンシャル障壁は低くなるため、経路２における水素結合の組み換えは量子効果により促進されると考えられる。
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