3D-visualization of ion dynamics in protonic ceramic fuel cells

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15023
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Hirosuke Matsui 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (90754309)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: CT-XAFS / 固体高分子形燃料電池 / Pt電極触媒 / 加速劣化試験 / 蛍光X線イメージング

Outline of Final Research Achievements

We further developed CT-XAFS imaging to apply to more tenuous material systems and to extract local structural information from CT-XAFS analysis. First, we realized scanning fluorescence CT-XAFS imaging to visualize the distribution and chemical states of dilute elements in materials in three dimensions. Next, EXAFS fitting analysis in CT-XAFS data was realized, and the local structure information on the coordination number and interatomic distance of chemical bonds was also successfully visualized in three dimensions in the sample space.

Free Research Field

電気化学、触媒化学、X線分光学、X線イメージング

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の実施により、材料内の微量元素や局所構造の3次元可視化が実現され、これまで明らかにされなかった試料内の不均一反応やマイナー種の反応、そしてこれらを時間軸方向に同視野可視化することで、反応の軌跡も追跡できるようになった。現在、情報学の研究者との連携も開始しており、将来的にはイメージング計測の性能で制限される時間・空間軸に飛び飛びとなったスパースなデータの情報処理や、イメージング解析によって得られた多次元、且つ膨大なデータ(数億点以上)の統計解析、データ蓄積を生かした知能創生など、さらなる研究発展を目指したい。