2018 Fiscal Year Research-status Report
格子間酸素移動型イオニクスデバイスにおける固／固界面イオン移動
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18K05278
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
嶺重 温 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00285339)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | イオン伝導体 / 燃料電池 / 界面インピーダンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、固体酸化物燃料電池（SOFC）などのイオニクスデバイスにおける電極／電解質界面のイオン移動に焦点を当て、種々の材料を組み合わせて構築した界面を系統的に評価し、その抵抗の支配因子解明と、それをもとにした最適な界面設計を目指している。本年度は、電解質として従来の酸素空孔拡散型電解質と異なり、イオン移動の活性化エネルギーの低いアパタイト型酸化物：Mgドープランタンシリケートを用い、電極材料としてペロブスカイト型La1-xSrxCoO3ならびにRuddlesden-Popper型La2-xSrxNiO4の、酸素空孔型、格子間酸素型の２種類の酸素極材料を用いて緻密電極／電解質界面を有する対称セルの構築と抵抗測定を実施した。
界面構築はパルスレーザー蒸着（PLD）法あるいはスクリーンプリント法で行い、交流インピーダンス法によって分極抵抗を評価した。検討の結果、PLD法を用いることで低い分極抵抗が得られた。この原因を探るために、SPring-8、兵庫県ビームラインにおいて放射光マイクロビームを用いた微小分析を実施したところ、スクリーンプリント法を用いた場合、界面部に副反応による絶縁層が形成され、これが高抵抗の要因となっていることが分かった。高温焼成の不要なPLD法においてはこのような副反応を抑制でき、理想的な界面を構築できたと考えられた。
PLD法で構築した種々対称セルの界面インピーダンスをもとに、フィッティングを行って素過程に分離し、界面抵抗を評価したところ、いずれの正極材料においてもx=0.4で抵抗は最小値を示すことが分かった。今回の検討では、酸素空孔型、格子間酸素型電極双方の界面抵抗の値には大きな差は見られなかった。ただし、電極の緻密性については不完全な点もあると考えられるので、正確な評価に向け、次年度以降の改善が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
アパタイト型酸化物電解質を用い、酸素空孔型、および格子間酸素型電極材料を用いて構築された界面の抵抗を今年度評価することができた。また、界面作製の際の副反応のメカニズムや、それを抑制する手法についても確立できたことから、当初の計画通りに進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
測定手法の確立はできたが、作製した電極材料の緻密性には問題があると考えられた。製膜条件の最適化を行い理想的な界面を構築したのちに、確立した手法を適用することにより、より正確な界面抵抗を評価する必要がある。
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