Electronic-structure analysis of SOFC materials by synchrotron radiation soft X-ray spectroscopy
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22K05059
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
朝倉 大輔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 上級主任研究員 (80435619)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 固体酸化物形燃料電池 / 遷移金属酸化物 / 電子状態 / 軟X線分光 / 空気極 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、放射光軟X線分光を駆使して、固体酸化物形燃料電池（SOFC）材料の特性向上に向けた電子状態の解明を行う。主にSOFC空気極の材料の価電子帯と伝導帯を元素選択的・電子軌道選択的に明らかにする。元素選択的に遷移金属元素の価数を判定したり、酸素2p軌道の様子を詳しく調べることで、SOFCの主な性能改善のポイントである過電圧の低減、電流密度の上昇等に資する電子状態の知見を得ることを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、コジェネレーションシステムとして実用の進んでいる固体酸化物形燃料電池（SOFC）のさらなる性能向上を目的として、主に空気極（正極）材料の電子状態を放射光軟X線分光を用いて詳しく調べ、電子状態の観点から既存材料における酸化物イオンの伝導の様子や酸化還元反応の解明に取り組んでい
る。
SOFCの空気極材料であるLa1-xSrxCo1-yFeyO3-d (LSCF)について、電解質に用いるCe1-xGdxO2-d (GDC)とのナノコンポジット化を行うと、電極性能が向上することが知られており、電子顕微鏡観察などの手法を用いた界面構造の確認なども行われている。これまでに、このLSCF/GDCナノコンポジットとLSCF単体の試料に対して軟X線吸収分光測定を実施し、元素選択的に電子状態の差異を詳しく調べてきた。LSCF単体の試料と比べると、ナノコンポジット試料のCoの価数が3+から2+へと低くなっており、この電子状態の差異が活性に寄与していることが判明している。2023年度においては、Feの軟X線吸収分光の結果について再検討した。スペクトル計算の結果から、Fe3+のまま価数は変わっていないもののFeと周辺のOの配位環境がLSCF単体の場合から若干変化している可能性と、一部がFe4+に参加されている可能性が示唆された。Co、Feのいずれに関しても、ナノコンポジット化による電子状態および局所構造への影響を確認できた。この内容について論文化を進めるとともに、新たに顕微分光による化学状態分布の観測にも着手した。
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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
当初の計画通り、LSCF系の材料に対して放射光軟X線吸収分光を用いた電子状態解析を実施し、良好な結果を得ることができた。また、2件の国際会議で研究発表を行い、SOFC分野であまり行われていなかった軟X線分光とスペクトル計算を行うことで新規な知見が得られてきていることをアピールできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は組成などを変えた同系統の試料や、負極である燃料極の材料の測定についても展開していく。手法としては、顕微分光による化学状態マッピングも行う予定である。得られた成果については、論文発表や学会発表を順次進めていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
