Investigation of the conduction mechanism of scheelite-type structured oxide ion conductors

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K06016
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic industrial materials
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Takai Shigeomi 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (10260655)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 薮塚 武史 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (20574015) ; 八尾 健 京都大学, エネルギー科学研究科, 名誉教授 (50115953)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 酸化物イオン伝導体 / 欠陥構造 / 格子間酸化物 / 拡散 / 灰重石 / 中性子回折 / 導電パス / マキシマムエントロピー法

Outline of Final Research Achievements

In the present study, we compared the scheelite-type structured PbWO4 and CaWO4-based oxide ion conductors in terms of defect structures. The former and the latter system utilizes the oxide ion interstitials and oxide ion vacancies, respectively for oxide ion conduction. We have at first established the oxide ion conduction of relatively new CaWO4-based system by means of electrochemical method. High-temperature neutron diffraction experiments were made to investigate the precise structure including defect structure and conduction path by means of Maximum Entropy Method. PbWO4-based system with the oxide ion interstitials possesses the conduction path through the interstitial sites within a-b plane and along c-axis, while CaWO4-based system with oxide ion vacancy shows the diffusion path along c-axis. BVS calculation has less information for defect structure.

Free Research Field

無機材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

固体酸化物形燃料電池の性能は固体電解質よって決まり，様々なイオン伝導体の研究が行われている．従来の酸化物イオン伝導体は主に空孔を利用したものであるが，近年は中温領域で稼働する系の研究も活発になっており，格子間酸化物イオンが伝導に寄与する系も注目されるようになってきている．PbWO4およびCaWO4はいずれも灰重石型構造を示す酸化物イオン伝導体になり得るが，異なる欠陥構造のメカニズムでイオン伝導を引き起こす．本研究によって欠陥構造とイオン伝導の関連について新たな知見が得られたことにより，今後の燃料電池材料の開発に大きく寄与できたと考えられる．