低温稼働SOFC用ナノ構造化薄膜セリア系固体電解質の作成と評価

• 研究課題/領域番号: 19310062
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境技術・環境材料
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 森 利之 独立行政法人物質・材料研究機構, 燃料電池材料センター, 副センター長 (80343854)
• 研究分担者: FEI Ye 独立行政法人物質・材料研究機構, 燃料電池材料センター, 研究員 (10450298) ; MING Yan 独立行政法人物質・材料研究機構, 燃料電池材料センター, NIMSポスドク研究員 (70465970)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 20,410千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 4,710千円); 2008年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2007年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
• キーワード: 薄膜 / 低温稼働 / 燃料電池 / 界面構造 / エコマテリアル

研究概要

300-500℃の温度範囲において、高い酸化物イオン伝導度を持つ薄膜セリア系固体電解質材料開発手法を確立することを目的とし、薄膜セリア系固体電解質中のナノ構造の特徴が、伝導特性に与える影響を精査した。電極/固体電解質界面近傍には、アノードからのNiの拡散層が観察され、その領域内には、バルク固体中には認められなかったほどの、多量な酸素欠陥が秩序化した状態が観察され、あわせて多量のCe^<3+>の発生が確認された。この秩序化した酸素欠陥層を制御することが重要であることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Microstructural characteristics of samarium-doped ceria (SDC) electrolyte film supported by Ni-SDC cermet anode (2009)
  • 著者名/発表者名: Ou D R, Mori T, Ye F, Miyayama M, Nakayama S, Zou J, Auchterlonie G, and Drennan J
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society Vol.156(7)
• [雑誌論文] TEM and XPS analysis of CaxCe1-xO2-y(x = 0.05 - 0.5) as electrolyte materials for solid oxide fuel cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Yan M, Mori T, Zou J, Ye F, Ou D R, and Drennan J
  • 雑誌名: Acta Materialia 57 ページ: 722-731
• [雑誌論文] Compositional and valence state in inhomogeneities in Ce1-xTbxO2-δ(0.1< x <0.70) (2009)
  • 著者名/発表者名: Ye F, Mori T, Ou D R, Zou J, and Drennan J
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 33 ページ: 1073-1076
  • 査読あり
• [雑誌論文] TEM and XPS analysis of Ca_xCe_<1-x>O_<2-y> (x = O.05 - 0.5) as electrolyte materials for solid oxide fuel cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Yan M, Mori T, Zou J, Ye F, Ou D R, Drennan J
  • 雑誌名: Acta Materialia 57 ページ: 722-731
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural characteristics of samarium-doped ceria (SDC) electrolyte film supported by Ni-SDC cermet anode (2009)
  • 著者名/発表者名: Ou D R, Mori T, Ye F, Miyayama M, Nakayama S, Zou J, Auchterlonie G, Drennan J
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of dopant concentration and calcination temperature on the microstructure of Ca-doped ceria nanopowders (2008)
  • 著者名/発表者名: Yan M, Mori T, Ye F, Ou D R, Zou J, and Drennan J
  • 雑誌名: ournal of the European Ceramic Society 28 ページ: 2709-2716
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conducting properties of M0.25Ce0.75O1.875(M=Dy, Gd) sintered specimen fabricated by the combined process of pulsed electric current sintering and fast sintering (2008)
  • 著者名/発表者名: Suga H, Mori T, Ye F, Ou D R, Nishimura T, Drennan J, and Kobayashi H
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 33 ページ: 1085-1088
  • NAID: 130007809572
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of Nano-sized Domains during Sintering Process and their Effect on the Ionic Conductivity of Ytterbium-Doped Ceria (2008)
  • 著者名/発表者名: Ye F, Mori T, Ou D R, Zou J, and Drennan J
  • 雑誌名: Proceedings of the 10th International Conference of the European Ceramic Society ページ: 723-727
• [雑誌論文] Effects of dopant concentration and calcination temperature on the microstructure of Ca-doped ceria nanopowders (2008)
  • 著者名/発表者名: Yan M, Mori T, Ye F, Ou D R, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic Society 28 ページ: 2709-2716
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compositional and valence state in inhomogeneities in Ce_<1-x>Tb_xO_<2-δ> (0.1≦ x ≦ 0.70) (2008)
  • 著者名/発表者名: Ye F, Mori T, Ou D R, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 33 ページ: 1073-1076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conducting properties of M_<0.25>Ce_<0.75>O_<1.875> (M=Dy, Gd) sintered specimen fabricated by the combined process of pulsed electric current sintering and fast sintering (2008)
  • 著者名/発表者名: Suga H, Mori T, Ye F, Ou D R, Nishimura T, Drennan J, Kobayashi H, Corresponding author
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 33 ページ: 1085-1088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of Nano-sized Domains during Sintering Process and their Effect on the Ionic Conductivity of Ytterbium-Doped Ceria (2008)
  • 著者名/発表者名: Ye F, Mori T, Ou D R, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: Proceedings of the 10^<th> International Conference of the European Ceramic Society ページ: 723-727
• [雑誌論文] Compositional dependence of electrical conductivity of Ce_<1-x>Tb_xO_<2-d>(0=x=1) (2008)
  • 著者名/発表者名: Ye F, Mori T, Ou D R, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: Renewable Energy Vol.33 ページ: 331-335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen-vacancy ordering in lanthanide-doped ceria:dopant-type dependence and structure model (2008)
  • 著者名/発表者名: Ou D R, Mori T, Ye F, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: Physical Review B 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural characterization of Ce_<1-x>Tb_xO_<2-d>(0.60<x<0.90)sintered samples (2008)
  • 著者名/発表者名: Ye F, Mori T, Ou D R, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: Materials Research Bulletin Vol.43(3) ページ: 759-764
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of micro-structure in doped CeO_2 solid electrolytes onconducting properties (2008)
  • 著者名/発表者名: Mori T, Ou D R, Ye F, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: proc. Microscopy and Microanalysis 2007(FortLauderdale, Florida USA, August 5-9, 2007), edited by M.Marko, J.H.Scott, E.Vicenzi, S.Dekanich, J.Frafjord, P.Kotula, S.Mckeman, J.Shields, published by Cambridge University Press, Microscopy and Microanalysis Vol.13(2) ページ: 600-601
• [雑誌論文] Influence of nano-structural feature of M0.25Ce0.75O1.875 (M=Gd, Yb, Y) solid electrolytes on their electronic properties (2007)
  • 著者名/発表者名: Mori T, Buchanan R, Ou D R, Ye F, Suga H, and Drennan J
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan Vol.32 ページ: 943-946
  • NAID: 130007923039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sintering behavior of M0.25Ce0.75O1.875 (M=Dy, Gd) ceramics fabricated using pulsed electric current sintering method (2007)
  • 著者名/発表者名: Suga H, Mori T, Ye F, Ou D R, Buchanan R, Nishimura T, Drennan J, and Kobayashi H
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan Vol.32 ページ: 947-950
  • NAID: 130007923042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of micro-structure at atom level in Dy doped CeO2 solid electrolytes for fuel cell applications (2007)
  • 著者名/発表者名: Mori T, Drennan J, Ou D R, and Ye F
  • 雑誌名: Materials Science Forum 539-543 ページ: 1437-1442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the effect of microstructure on the conductivity of Sm2O3- and Y2O3- doped BaCeO3 in various atmospheres (2007)
  • 著者名/発表者名: Buchanan R, Mori T, and Ye F
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan Vol.32 ページ: 959-962
  • 査読あり
• [雑誌論文] Grain growth behavior and conductivity property of Ca doped CeO_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Yan M, Mori T, Ye F, Ou DR, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: proc.24th Japan-Korea International Seminar on Ceramics(Yamaha Resort"Tsumagoi", Kakegawa, Shizuoka, Japan, November 20-22, 2007), edited by Akio Kato and Toshio Ogawa, published by the organizing committee of the 24th international Japan-Korea seminar on ページ: 647-650
  • 査読あり
• [学会発表] 燃料電池の現状と将来 (2008)
  • 著者名/発表者名: 森利之
  • 学会等名: 第19回溶接技術講演会
  • 発表場所: 中央電気クラブ215号室, 大阪(招待講演)
  • 年月日: 2008-12-04
• [学会発表] Effect of Ni Diffusion on the Microstructure of Gadolinium-Doped Ceria (GDC) Electrolyte Film Supported by Ni-GDC Cermet Anode (2008)
  • 著者名/発表者名: Ye F, Mori T, Ou D R, Miyayama M, Nakayama S, Zou J, Drennan J
  • 学会等名: The IUMRS Intern ational Conference in Asia, 2008 (IUMRS-ICA 2008)
  • 発表場所: 名古屋国際会議場, 名古屋
• [学会発表] Influence of Surface Activity of CeO_2 on Electrode Performance of Pt-CeO_2 (2008)
  • 著者名/発表者名: NAKAMURA N, Mori T, FUGANE K, TOGASAKI H, Ou D R, YE F, Corresponding author
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2008 (IUMRS-ICA 2008)
  • 発表場所: 名古屋国際会議場,(名古屋市)
• [学会発表] Comparison of Conducting Properties of M_<0.25>Ce_<0.75>O<1.875> (M=Dy, Gd) Sintered Specimens with Different In-homogeneity of Microstructure (2008)
  • 著者名/発表者名: SUGA H, MORI T, YE F, OU D R, NISHIMURA T, Drennan J. KOBAYASHI H, Corresponding author
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2008 (IUMRS-ICA 2008)
  • 発表場所: 名古屋国際会議場,(名古屋市)
• [学会発表] Effect of Ni Diffusion on the Microstructure of Gadolinium-Doped Ceria (GDC) Electrolyte Film Supported by Ni-GDC Cermet Anode (2008)
  • 著者名/発表者名: YE F, MORI T, YE F, MIYAYAMA M, NAKAYAMA S, ZOU J, DRENNAN J
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2008 (IUMRS-ICA 2008)
  • 発表場所: 名古屋国際会議場,(名古屋市)
• [学会発表] Grain growth behavior and conductivity property of Ca doped CeO2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Yan M, Mori T, Ye F, Ou D R, Zou J, Drennan J
  • 学会等名: The 24th Japan-Korea International Seminar on Ceramics
  • 発表場所: Shizuoka Institute of Science and Technology, Japan
• [学会発表] Design of nano-structured doped ceria solid electrolytes for fuel cell application (2007)
  • 著者名/発表者名: Mori T(Invited), Ou D R, Ye F, Yan M, Zou J, and Drennan J
  • 学会等名: Advanced in Functional Nanomaterials 2007
  • 発表場所: Holiday Inn surfers Paradise, Gold Coast, Brisbane, Australia
• [備考] the American Institute of Physics と the American Physical Societyが共同で運営しているVirtual Journal of Nanoscale Science & TechnologyのMay issueに主要発表論文番号1、"Microstructural Characteristics of SDC Electrolyte Film Supported by Ni--SDC Cermet Anode"が、注目論文として再掲載されました。American Institute of Physics と American Physical Societyから、注目研究として、選定されたことは、本研究の内容が、国際的にも、高い評価受けているといえます。
  • URL: http://www.vjnano.org