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ナノ空間ひずみ場制御による新規イオン伝導性固体の創製と燃料電池反応促進

研究課題

研究課題/領域番号 23246020
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用物理学一般
研究機関東北大学

研究代表者

湯上 浩雄  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60192803)

研究分担者 井口 史匡  東北大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00361113)
佐藤 一永  東北大学, 大学院工学研究科, 准教授 (50422077)
雨澤 浩史  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90263136)
中村 崇司  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (20643232)
連携研究者 金森 義明  東北大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10333858)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
49,920千円 (直接経費: 38,400千円、間接経費: 11,520千円)
2013年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2012年度: 15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
2011年度: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)
キーワードひずみ場制御 / μSOFC / 携帯型電子機器用電源 / 熱応力 / YSZ / ペロブスカイト型プロトン導電体 / マイクロSOFC / ひずみ場 / 応力 / BaZrO3 / in-situXAFS / プロトン導電体 / 薄膜 / 残留応力 / 物理的気相成長法 / 界面応力 / 酸素欠陥
研究概要

ひずみ場によりイオン伝導性固体の導電特性が変化する現象を能動的に制御することで,携帯型電子機器用の電源として開発が進んでいるμSOFCの特性を向上させ,低温作動特性を付与することを目的とし,ひずみ場の制御手法とその影響の評価を行った。圧縮と引張両方向のひずみ場を導入したセルを評価した結果,引張性のひずみ場を界面から生じる熱応力などで加えることで電解質抵抗が低減される可能性が示唆された。合わせて,ひずみ場を導入可能な構造を持つμSOFCの設計,試作も行った。

報告書

(4件)
  • 2013 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (21件) (うち査読あり 16件) 学会発表 (25件) (うち招待講演 9件)

  • [雑誌論文] Development of in situ soft X-ray absorption spectroscopic technique under high temperature and controlled atmosphere2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Oike, Koji Amezawa, Takashi Nakamura, Yusuke Tamenori, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anelastic properties of La_<0.6>Sr_<0.4>Co_<1-y>Fe_yO_<3-δ> at high temperatures2014

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kimura, Julian Tolchard, Mari-Ann Einarsrud, Tor Grande, Koji Amezawa, Mikio Fukuhara, Shin-ichi Hashimoto, Tatsuya Kawada
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structure and thermal expansion behavior of oxygen stoichiometric lanthanum strontium manganite at high temperature2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Shirai, Shin-ichi Hashimoto, Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Koji Amezawa, Junichiro Mizusaki, Tatsuya Kawada
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: 256 ページ: 83-88

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2013.12.042

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and fabrication of micro SOFC for the power source of mobile electric devices2013

    • 著者名/発表者名
      Shoya Murayama, Fumitada Iguchi, Yu Inagaki, Makoto Shimizu, Shuji Tanaka, Hiroo Yugami
    • 雑誌名

      Electrochemical Society Transactions (SOFC-13)

      巻: 57 ページ: 799-806

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ラマン散乱分光法を用いた作動状態のSOFC における応力状態の評価2013

    • 著者名/発表者名
      井口史匡
    • 雑誌名

      燃料電池

      巻: 13 ページ: 40-48

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [雑誌論文] Stress Conditions Transition by Thermal Annealing in Barium Zirconate Based Proton Conducting Thin Films Fabricated Using PLD Method2013

    • 著者名/発表者名
      Taro Fukushige, Fumitada Iguchi, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami
    • 雑誌名

      Electrochemical Society Transactions (SOFC-13)

      巻: 57 ページ: 1045-1052

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relationship between Electrical Properties and Stress Field in Solid Electrolyte Thin Films2013

    • 著者名/発表者名
      Yohei Osawa, Fumitada Iguchi, Makoto Shimizu, Hiroo Yugami
    • 雑誌名

      Electrochemical Society Transactions (SOFC-13)

      巻: 57 ページ: 1097-1102

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Stress Condition of Operated Anode Supported-Type SOFC under Operating Conditions Based on Raman Scattering Spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      Shoma Onuki, Syo Onodera, Fumitada Iguchi, Makoto Shimizu, Tatsuya Kawada, Hiroo Yugami
    • 雑誌名

      Electrochemical Society Transactions (SOFC-13)

      巻: 57 ページ: 951-958

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ラマン散乱分光法を用いた作動状態のSOFCにおける応力状態の評価2013

    • 著者名/発表者名
      井口史匡
    • 雑誌名

      燃料電池

      巻: 13 ページ: 40-48

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] The Effect of Ferroelasticity of La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ on the Mechanical Stability of Solid Oxide Fuel Cells2013

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kimura, Julian Tolchard, Mari-Ann Einarsrud, Tor Grande, Koji Amezawa, Shin-ichi Hashimoto, Tatsuya Kawada
    • 雑誌名

      Electrochemical Society Transactions (SOFC-13)

      巻: 57 ページ: 635-642

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SOFC 作動環境下におけるNi-YSZ 系アノード材料の機械的特性2012

    • 著者名/発表者名
      北原大道, 井口史匡, 奥田倫也, 佐多教子, 川田達也, 湯上浩雄
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編

      巻: 78, 792 ページ: 1198-1207

    • NAID

      130002050345

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of Raman peak shift under applied isostatic pressure in rare-earth-doped ceria for evaluation of quantitative stress conditions in SOFCs2012

    • 著者名/発表者名
      Fumitada Iguchi, Syo Onodera, Noriko Sata, Hiroo Yugami
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: 225 ページ: 99-103

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2012.06.022

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SOFC 作動環境下におけるランタンマンガナイト系カソード材料のクリープ特性2012

    • 著者名/発表者名
      井口史匡, 奥田倫也, 北原大道, 佐多教子, 川田達也, 湯上浩雄
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編

      巻: 78, 787 ページ: 523-530

    • NAID

      130002050267

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SOFC 動作環境中における燃料極Ni-YSZ サーメットの機械特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      渡辺智, 佐藤一永, 鋤納伸治, 井口史匡, 八代圭司, 雨澤浩史, 湯上浩雄, 橋田俊之,水崎純一郎, 川田達也
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編

      巻: 78, 787 ページ: 349-360

    • NAID

      130002050251

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influences of Temperature and Oxygen Partial Pressure on Mechanical Properties of La_<0.6>Sr_<0.4>Co_<1-y>Fe_yO_<3-d>2012

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kimura, Takuto Kushi, Shin-ichi Hashimoto, Koji Amezawa, and Tatsuya Kawada
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society

      巻: 95 号: 8 ページ: 2608-2613

    • DOI

      10.1111/j.1551-2916.2012.05265.x

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SOFC構成材料の物理化学的・機械的特性とセル・スタックの信頼性2012

    • 著者名/発表者名
      川田達也
    • 雑誌名

      第21回SOFC研究発表会予稿集

      巻: 21 ページ: 28-34

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] SOFC低温作動化を目指したヘテロ界面電極の創製2012

    • 著者名/発表者名
      八代圭司
    • 雑誌名

      第21回SOFC研究発表会予稿集

      巻: 21 ページ: 148-151

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] ラマン散乱分光によるSOFCセルの応力状態評価2012

    • 著者名/発表者名
      小貫翔馬
    • 雑誌名

      第21回SOFC研究発表会予稿集

      巻: 21 ページ: 60-63

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] SOFC 作動環境下におけるNi-YSZ系アノード材料の機械的特性2012

    • 著者名/発表者名
      北原大道
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編

      巻: 78 ページ: 1198-1207

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SOFC作動環境下におけるランタンマンガナイト系カソード材料のクリープ特性2012

    • 著者名/発表者名
      井口史匡
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編

      巻: 78 ページ: 523-530

    • NAID

      130002050267

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] SOFC動作環境中における燃料極Ni-YSZサーメットの機械特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      渡辺智
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編

      巻: 78 ページ: 349-360

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] La_<0.6>Sr_<0.4>CoO_<3-d> 緻密膜パターン電極のマイクロXAS 測定による有効反応場の定量的解明2014

    • 著者名/発表者名
      藤巻義信, 中村崇司, 八代圭司, 井口史匡, 湯上浩雄, 川田達也, 新田清文, 寺田靖子, 雨澤浩史
    • 学会等名
      2014年電気化学会第81回大会
    • 発表場所
      大阪,日本
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] Mechanical Analysis to improve reliability and durability of solid oxide fuel cells2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuhisa Sato
    • 学会等名
      ElyT Workshop 2014
    • 発表場所
      Frejus, France
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechanical Analysis to Improve Reliability and Durability of Solid oxide fuel cells2014

    • 著者名/発表者名
      K. SATO
    • 学会等名
      ELyT Workshop 2014
    • 発表場所
      フランス,フレジュス
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] La0.6Sr0.4CoO3-d緻密膜パターン電極のマイクロXAS測定による有効反応場の定量的解明2014

    • 著者名/発表者名
      藤巻義信, 中村崇司, 八代圭司, 井口史匡, 湯上浩雄, 川田達也, 新田清文, 寺田靖子, 雨澤浩史
    • 学会等名
      2014年電気化学会第81回大会
    • 発表場所
      大阪,日本
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 固体酸化物燃料電池用構成材料の機械的基礎物性研究2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤一永
    • 学会等名
      日本熱測定学会第49回熱測定討論会
    • 発表場所
      千葉,日本
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 機能性酸化物の酸素不定比性ならびに導電特性変調に対するひずみ効果2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤一永
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山,日本
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] 携帯型電子機器用マイクロSOFC の熱設計と試作2013

    • 著者名/発表者名
      井口史匡,村山将也,稲垣優,田中秀治,江刺正喜,湯上浩雄
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山,日本
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] BaZr_<0.85>Y_<0.15>O_<3-α> 上のLa_<0.6>Sr_<0.4>CoO_<3-δ> 緻密薄膜電極のin situ XAS 測定2013

    • 著者名/発表者名
      雨澤浩史, 藤巻義信, 福重太郎, 井口史匡, 八代圭司, 新田清文, 湯上浩雄, 川田達也
    • 学会等名
      第9回固体イオニクスセミナー
    • 発表場所
      岐阜,日本
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] CRYSTALLIZATION PROCESS OF BARIUM AND STRONTIUM ZIRCONATES BY PULSED LASER DEPOSITION2013

    • 著者名/発表者名
      Noriko Sata, Yuta Fujiwara, Yoshikazu Shibata, Yuki Nagao, Fumitada Iguchi, Hiroo Yugami, Katsuhiro Nomura and Hiroyuki Kageyama
    • 学会等名
      19th international conference on Solid State Ionics (SSI-19)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 携帯型電子機器用マイクロSOFCの熱設計と試作2013

    • 著者名/発表者名
      井口史匡,村山祥也,稲垣優,田中秀治,江刺正喜,湯上浩雄
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山,日本
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 機能性酸化物の酸素不定比性ならびに導電特性変調に対するひずみ効果2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤一永
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山,日本
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 固体酸化物燃料電池用構成材料の機械的基礎物性研究2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤一永
    • 学会等名
      日本熱測定学会第49回熱測定討論会
    • 発表場所
      千葉,日本
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] BaZr0.85Y0.15O3-α上のLa0.6Sr0.4CoO3-δ緻密薄膜電極のin situ XAS測定2013

    • 著者名/発表者名
      雨澤浩史, 藤巻義信, 福重太郎, 井口史匡, 八代圭司, 新田清文, 湯上浩雄, 川田達也
    • 学会等名
      第9回固体イオニクスセミナー
    • 発表場所
      下呂,岐阜
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ペロブスカイト型プロトン導電体を用いた低温作動マイクロSOFC の開発2012

    • 著者名/発表者名
      稲垣優,井口史匡,湯上浩雄
    • 学会等名
      電気化学会第79回大会
    • 発表場所
      浜松,日本
    • 年月日
      2012-03-30
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] ペロブスカイト型プロトン導電体を用いた低温作動マイクロSOFCの開発2012

    • 著者名/発表者名
      稲垣優, 井口史匡, 湯上浩雄, 他
    • 学会等名
      電気化学会第79回大会
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      2012-03-30
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 中低温作動μ‐SOFC の貴金属電極における構造最適化2012

    • 著者名/発表者名
      益井大紀,井口史匡,湯上浩雄
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第47期総会・講演会
    • 発表場所
      仙台,日本
    • 年月日
      2012-03-13
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] 中低温作動□-SOFCの貴金属電極における構造最適化2012

    • 著者名/発表者名
      益井大紀, 井口史匡, 湯上浩雄, 他
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第47期総会・講演会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2012-03-13
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Stress Condition of Operated Anode Supported-Type SOFC under Operating Conditions Based on Raman Scattering Spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      Syo Onodera, Masafumi Nagai, Fumitada Iguchi, Noriko Sata, Tatsuya Kawada, Hiroo Yugami
    • 学会等名
      Pacific rim meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME2012)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実績報告書
  • [学会発表] Development of low-temperature operating micro-SOFC with perovskite-type proton conductive electrolytes2012

    • 著者名/発表者名
      Yu Inagaki, Kensuke Kubota, Fumitada Iguchi, Shuji Tanaka, Noriko Sata, Masayoshi Esashi, Hiroo Yugami
    • 学会等名
      Pacific rim meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME2012)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実績報告書
  • [学会発表] Relationship between Electrical Properties and Stress Field in Solid Electrolyte Thin Films2012

    • 著者名/発表者名
      Fumitada Iguchi, Yohei Osawa, Hiroo Yugami
    • 学会等名
      Pacific rim meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME2012)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] Evaluation of stress conditions in operated anode supported type SOFCs based on Raman scattering spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroo Yugami
    • 学会等名
      Nonstoichiometric Compounds V, An ECI Conference Series
    • 発表場所
      Taormina, Italy
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Residual stress in yttrium doped barium zirconate thin films fabricated by PLD method2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroo Yugami, Fumitada Iguchi, Taro Fukushige, Noriko Sata
    • 学会等名
      16th international conference on solid state proton conductors (SSPC-16)
    • 発表場所
      Grenoble, France
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実績報告書
  • [学会発表] ELECTRONIC STRUCTURE OFPROTON CONDUCTOR BaZr_<1-x>Y_xO_3 PROBED BY SOFT-X-RAYSPECTROSCOPY2012

    • 著者名/発表者名
      Toru Higuchi, Fumitada Iguchi, Yuki Nagao, Noriko Sata
    • 学会等名
      Asian conference on solid state ionics 2012
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] Evaluation of Stress Conditions in Operated Anode Supported Type SOFCs Based on Raman Scattering Spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      H. Yugami
    • 学会等名
      Nonstoichiometric Compounds V , An ECI Conference Series
    • 発表場所
      Taormina, Italy
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ELECTRONIC STRUCTURE OFPROTON CONDUCTOR BaZr1-xYxO3PROBED BY SOFT-X-RAYSPECTROSCOPY2012

    • 著者名/発表者名
      T. Higuchi
    • 学会等名
      Asian conference on solid state ionics 2012
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2019-07-29  

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