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イオニクス材料における反応素過程の量子力学シミュレーションと材料設計

研究課題

研究課題/領域番号 17041007
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

大場 史康 (2006)  京都大学, 工学研究科, 助手 (90378795)

桑原 彰秀 (2005)  京都大学, 工学研究科, 助手 (30378799)

研究分担者 宇田 哲也  京都大学, 工学研究科, 助教授 (80312651)
桑原 彰秀  京都大学, 工学研究科, 助手 (30378799)
大場 史康  京都大学, 工学研究科, 助手 (90378795)
研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
7,100千円 (直接経費: 7,100千円)
2006年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2005年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
キーワード第一原理計算 / 固体酸化物燃料電池 / 点欠陥 / 拡散 / 界面 / 形成エネルギー / 電子状態
研究概要

固体酸化物燃料電池におけるフロトン伝導性電解質一電極界面における欠陥化学反応と電子状態に関する知見を得るため,BaZrO3(001)-Pt(001)界面を取りあげて第一原理計算による検討を行った.具体的には,様々な終端面を有する整合界面モデルについて第一原理PAW法による原子・電子構造の最適化計算を行い,界面のエネルギーと原子・電子構造及び化学結合状態の解析を行った.さらに,これらの界面に酸素空孔及び格子間プロトンを導入し,その形成エネルギーを粒内モデルと比較して評価した.その結果,界面がBaO終端の場合はPtがBa及び0上に位置する構造が安定であり,ZrO2終端の場合はPtが0上のみに位置する構造が安定であることがわかった.また,これらの中で最低の界面エネルギーを示したBaO終端界面について,電子レベルでの詳細な解析を行った結果,界面ではその直上においてPt-0結合に由来した局在電子状態が形成されることがわかった.この界面における酸素空孔及び格子間プロトンは粒内に比べてかなり低い形成エネルギーを持ち,強い偏析傾向を示すことが判明した.一方,プロトンを導入するために添加されるYドーパントについては,粒内に対して大きなエネルギー差は見られなかった.これは,界面における特有なPt-0結合に由来して酸素の状態が大きく変化し,その酸素の空孔やそれに結合した格子間プロトンが直接的な影響を受けたためと解釈できる.この結果は,界面直上では粒内と異なった欠陥化学反応が進行することを意味しており,ナノ・サブナノスケールでの界面制御の重要性を示している.

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (4件)

  • [雑誌論文] First principles calculation of proton migration in SrZr032007

    • 著者名/発表者名
      A.Kuwabara, T.Ninomiya, F.Oba, I.Tanaka
    • 雑誌名

      Proceedings of the 16th Iketani Conference (印刷中)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Diffusion in first-stage lithium graphite intercalation compound by first principles calculation2007

    • 著者名/発表者名
      K.Toyoura, A.Togo, K.Akihide, F.Oba, I.Tanaka
    • 雑誌名

      Proceedings of the 16th Iketani Conference (印刷中)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] First-principles study of cation disordering in MgAI204 spinel with cluster expansion and Monte Carlo simulation2006

    • 著者名/発表者名
      Atsuto Seko, Koretaka Yuge, Fumiyasu Oba, Akihide Kuwabara, Isao Tanaka
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B 73

      ページ: 94116-94116

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Debye temperature and stiffness or carbon and boron nitride polymorphs from first principles calculations2006

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Tohei, Akihide Kuwabara, Fumiyasu Oba, Isao Tanaka
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B 73

      ページ: 164304-164304

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2018-03-28  

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