| 研究課題/領域番号 |
18H01467
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 (2020)
東北大学 (2018-2019) |
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研究代表者 |
丹羽 正昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 上席研究員 (90608936)
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| 研究分担者 |
内山 潔 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80403327)
蓮沼 隆 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90372341)
西村 知紀 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 技術専門職員 (10396781)
鳥海 明 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50323530)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
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| キーワード | 極薄電解質膜 / イオン伝導 / 電子伝導 / キャリア拡散 / 結晶構造 / 極薄YSZ膜 / 固体電解質材料 / 電解質膜 / 電解質膜中の電気伝導 / イオン電導 / 伝導キャリア / 高誘電率絶縁膜 / 酸素空孔 / インピーダンススペクトル / YSZ / 等価回路 / イオン輸送機構 / 薄膜測定 / 極薄電解質臨界膜厚 / 酸素イオン伝導機構 |
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| 研究成果の概要 |
YSZ膜の薄膜化に伴う結晶構造、Y2O3濃度[Y]、イオン伝導度σの相関性を検討し、バルクYSZでは[Y]が約8mol%でσが最大化するが、薄膜YSZでは最大σを呈する[Y]はより低濃度である事を突き止めた。即ちσの活性化エネルギーΔがYSZの結晶構造に依存し [Y]<8mol%では立方晶→単斜相への構造変化によりσが増大するが、YSZの極薄化(10nm)で立方晶構造が安定化し8mol%以下でも[Y]の低下に伴うΔが減少した。また、立方晶YSZは低温域(400℃）でΔは[Y]に依存し高温域(1000℃)での報告値より大きいことからキャリア拡散阻害機構が低温域、高温域で異なることが判った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
固体酸化物燃料電池に低温動作化に向けた極薄電解質膜におけるイオン輸送機構の解明に向けて、イオン伝導を担う実効的なキャリア密度とその活性化エネルギーによって描像されるイオンの伝導機構を電解質材料の薄層化に伴う結晶構造変化を考慮して実験的に検証したことによって、キャリアの拡散阻害メカニズムが動作時の温度に依存して変化するという新しい知見を見出し、国際会議，国内会議や論文誌で発信したことは、低温動作化させる固体電解質材料はもとより、他の固体電解質材料に対する酸素分圧や歪み制御の為の薄膜多層構造やナノロッド構造など、YSZの応用展開にも極めて重要な指針を与えることができた。
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