2013 Fiscal Year Research-status Report
プロトン導電性固体電解質材料の接合と電気伝導特性の向上
Project/Area Number |
25420738
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Research Institution | Meijo University |
Principal Investigator |
坂 えり子 名城大学, 理工学部, 教授 (20181042)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池邉 由美子 名城大学, 理工学部, 助教 (50553822)
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Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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Keywords | プロトン導電性セラミックス / 化学的安定性 / CO2との反応 |
Research Abstract |
本研究では,高い導電率を有しその特性が長期にわたって維持される電解質材料の作製を目指し, 最初にSrCe0.95In0.05O3-α(SCO)プロトン導電体を作製し,熱処理温度を系統的に変え,熱処理条件が焼結性と電気伝導特性におよぼす影響を調べた。次に、100%CO2雰囲気中でのアニールが電気伝導特性に与える影響を評価し, SrCeO3の高い電気伝導特性とSrZrO3の良好な化学的安定性,機械的強度を併せ持つ材料として,SCOバルクにSrZr0.8In0.2O3-α(SZO)膜を塗布した接合試料を作製し,接合性と電気伝導特性からCO2に対する化学的安定性の向上について検討した.SrCe0.95In0.05O3-α(SCO)バルクおよびSrZr0.8In0.2O3-α(SZO)を保護膜とする接合試料を固相反応法により作製し、熱処理条件が試料の焼結性と電気伝導特性におよぼす影響を調べた。最初に、SCOバルク試料の焼結性と電気伝導特性から最適な熱処理条件を確立し、その条件により作製した試料を使って、CO2アニールに対する化学的安定性に評価した。大気中1500℃で焼成したSCOバルクは1%水素雰囲気中で高い電気伝導率8.9×10-3 Scm-1を示した。しかしながら、 CO2ガス雰囲気中でのアニールにより、SCOバルク体の導電率は5h程度の短時間CO2ニールで著しく低下した。SCOバルクの化学的安定性を向上させるため, SZO 膜を塗布し,化学的安定性の向上が可能かどうか検討した。SZO膜を塗布したSCO接合試料の電気伝導率は同様な条件で作製したSCOバルク体のものとほぼ同等であった。また、良好な接合性を有する試料は、25hの長時間CO2アニール後も高い導電率が維持された。これらの結果から、SZO膜の導入はSCOバルク試料の化学的安定性の向上に有効であることを確認した。
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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
研究期間に、プロトン導電性を示すSrZrO3系,BaCeO3系,CaZrO3系をはじめとする複数の酸化物セラミックスの個々の電気伝導性および材料としての安定性を調べてきた実験結果をもとに,これら固体電解質の母材粉末の作製条件,複合化のための傾斜勾配,接合条件を系統的に調べ,化学的安定性を考慮した低価格・長寿命の電解質材料の作製を目指すものであり,研究を通して明らかにしたいことは,①母材粉末の作製条件が電解質材料の結晶成長,粒界抵抗に起因する電伝導特性におよぼす影響,②水素以外のガスを含む雰囲気中での電解質材料の安定性を調べ,電気伝導性およびプロトン輸率の高い複合材料,傾斜材料を作製すること,③電解質材料の複合化および接合条件を検討して,界面反応や接着性の評価から,安価な電解質材料を創生することを目標に掲げていた. 1年の間に、①母材粉末の作製条件の確立および③の接合試料の作製し、その特性評価まで進めることができており、計画の順序は多少前後しているが、おおむね、計画に沿って進展している。
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Strategy for Future Research Activity |
化学的安定性を向上させるための保護膜および複数の電解質材料の接合条件の確立の観点から、 ①燃料電池構成に不可欠な電極材料としてガス透過性を有し,水素脆性の心配が無いセラミックス材料の高温での雰囲気ガスとの反応による劣化抑制保護膜の成膜と電解質との接合条件を探る.これには、界面反応をより詳細に調べることが必要であるため、接合条件の最適化とともに継続して実験を進めたい。 ②個々の材料の特性を検討し,複合化や傾斜化により,また,異種電解質間の接合条件を見出すことにより,長寿命・低価格な燃料電池セルや水素製造・高純度化への応用に進めたい。
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Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初予定のセラミックス評価用治具(特注品)の納期が予定より遅れたことにより、その納期を待ってからの発注となり、年度末に購入予定の実験消耗品(試薬、標準ガス)の納品が間に合わなかったため。 H26年度予算と合わせて、測定機器の購入に充てる予定です。
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Research Products
(5 results)