2013 Fiscal Year Annual Research Report
ナノヘテロ界面制御に立脚する超酸素イオン伝導体の創出と革新的燃料電池
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24226016
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
石原 達己 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80184555)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八島 正知 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (00239740)
萩原 英久 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30574793)
伊田 進太郎 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70404324)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 燃料電池 / エネルギー効率化 |
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| Research Abstract |
ナノイオ二クス効果に立脚する高酸素イオン伝導体の創出を目的に、、昨年度に引き続き、Pr2NiO4/Ce(Sm)O2系のラミネート膜の酸素イオン伝導性を検討した。今年度は、電気化学的に観測される優れた酸素イオン伝導性と18Oを拡散させて観測される酸素イオン伝導性の不一致が発現する機構を検討した。その結果、イメージングラマン分析から、作成した膜内には応力の不均一性があり、１８Oの拡散焼鈍後のTOF-SIMS分析からは、酸素の拡散性も不均一性があることを見出した。とくに引っ張り応力の部分は酸素が良く拡散し、応力の少ないところでの拡散は少ないことが分かった。そこで、酸素同位体の拡散を膜の横方向で計測する従来の方法では正しく酸素イオン伝導性が計測できず、局所的な歪の箇所を経由して高速の酸素イオン伝導が発現することが分かった。
つぎに３次元的に均一な応力を発生することができると、材料としての大きな酸素イオン伝導が発現できると考え、ナノサイズの金属を高分散したPr2NiO4について、酸素イオン伝導性を検討したところ、Auを2wt%分散時に、大きな酸素透過速度の向上が明確になった。電子伝導の変化を測定したところ、ホール濃度はむしろ向上することから、応力の発生により、ホールと格子間酸素の導入が明確になった。そこで、予想しているように、金属と酸化物の熱膨張係数の差を利用して、応力を発生することにより、酸素イオン伝導性が大きく向上できることが分かった。一方、非常に興味あることに格子に引っ張り応力をかけると表面に酸素欠陥が濃縮され、酸素の表面での乖離活性が５倍程度向上することが分かった。これは今後、新しい電極材料等を設計するうえで、興味ある知見を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
金属を高分散することで、格子に引っ張り応力を発生できると、酸素イオン伝導性が向上する点は、従来の結果から予想される範囲内であるが、今年度、新たに引っ張り応力を発生すると表面に酸素欠陥が濃縮され、表面での酸素の交換係数が向上する現象を見出した。これは今後の新しい概念での高活性電極の開発につながる成果であり、計画以上の進展と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）引き続き、Pr2NiO4/CeO2系の積層膜内での酸素イオンが向上する機構を明確にするとともに、今年度、まだ作成に成功していない、チェッカーボード模様のコンポジットを作成し、界面を大幅に増加した材料での、酸素イオン伝導と酸素還元活性の評価を行う。
２）Auを高分散状態で分散する手法を応用し、さらに大きな格子の引張り歪を導入し、酸素イオン伝導の変化を明確にする。とくに次年度はCeO2系への大きなバルクの引っ張り応力を検討する。
３）酸化触媒への引っ張り応力が及ぼす影響を系統的に検討し、酸化触媒での活性と表面の酸素欠陥濃度の関係を明確にする。
４）引っ張り応力と圧縮応力の発生した同じ組成の電極フィルムを作成し、酸素還元活性の変化を明確にする。
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Research Products
(5 results)
