2016 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of crystalline-oriented solid electrolyte of lanthanum silicate oxyapatite and characterization of its oxide ionic conduction
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26420690
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
打越 哲郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (90354216)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石垣 隆正 法政大学, 生命科学部, 教授 (40343842)
鈴木 達 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (50267407)
辻本 吉廣 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (50584075)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ランタンシリケート / 酸化物イオン伝導体 / 結晶磁気異方性 / 固体酸化物形燃料電池 / c軸配向 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ランタンシリケートは、酸化物イオン伝導度に結晶方位異方性があり、c軸方向に高い伝導性を示すことが最近の研究で示されている。本研究では、組成の制御されたランタンシリケート単相粉末の大量合成方法の確立、強磁場コロイドプロセス法をによるc軸が高配向した多結晶バルク焼結体の作製と特性評価、さらに、配向ランタンシリケートを電解質としたSOFCの発電特性評価を行い、電解質のc軸配向化がSOFCセルの高出力化に及ぼす有効性について検証することを目的とする。
前年までの研究で、c軸が高配向したランタンシリケートの緻密焼結体が得られ、c軸方向の電気伝導度はランダム配向体に比べおよそ一桁大きいことが示されたことから、c軸配向体を電解質とする電解質支持型の燃料電池セルを作製して、発電特性に有意な差が表れるかを調査した。但し、発電特性はカソード及びアノード材料の選択と界面構造に強く依存し、電解質配向の有無の効果のみを比較する目的で、両電極には白金ペーストを使用した。その結果、c軸配向体を電解質としたセルでは、無配向体を電解質としたセルに比べ、およそ3倍高い出力密度出力が得られ、ランタンシリケートのc軸配向体を用いる有効性を初めて示すことができた。出力特性の更なる向上には、固体電解質の厚さを薄くできる電極支持型セルとすることが有効である。そこで、電極上に膜厚の制御された緻密なランタンシリケート層を作製するための有効なプロセスとして電気泳動堆積（EPD）法に着目し、ランタンシリケートのEPD膜作製についても検討した。その結果、溶媒をエタノール、分散剤をポリエチレンイミン（粉に対する添加量1.5wt%）をとしたサスペンションで、顕著な堆積特性が認められ、堆積膜を1500℃で焼結することで相対密度99.1% 、ビッカース硬度7.57 GPaの緻密膜の作製が可能であることが示された。
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