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酸素透過セラミックスにおけるイオンと電子のインタープレイ

研究課題

研究課題/領域番号 25709059
研究種目

若手研究(A)

配分区分一部基金
研究分野 無機材料・物性
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

中山 将伸  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10401530)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
22,490千円 (直接経費: 17,300千円、間接経費: 5,190千円)
2015年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2014年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
2013年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
キーワード酸素透過性セラミックス / 第一原理計算 / 固体イオニクス / イオン・電子混合伝導性材料 / セラミックス / 燃料電位t / 酸素透過膜 / イオン電子混合伝導 / セラミックス材料 / 燃料電池 / イオン伝導体
研究成果の概要

本研究では、燃料電池や酸素分離膜への応用が期待される酸素透過性セラミックスのイオン・電子の輸送特性を実験および計算の手法を組み合わせて原子・格子スケールから理解することを目指した。ペロブスカイト系の材料において酸素空孔生成エネルギーの評価を第一原理計算と熱重量測定による比較検討し、800K以上の高温でも電子・ホールは局在化していることが明らかにした。このような知見に基づいて、イオン伝導性の最適化設計への提案を行った。具体的には遺伝的アルゴリズムとキネティック・モンテカルロ法を組み合わせた計算手法によって10倍程度の伝導度向上が望めることを明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 2件、 査読あり 18件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 5件、 招待講演 12件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Density functional studies of olivine-type LiFePO4 and NaFePO4 as positive electrode materials for rechargeable lithium and sodium ion batteries2016

    • 著者名/発表者名
      M. Nakayama, S.Yamada, R. Jalem, T. Kasuga
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: 286 ページ: 40-44

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2015.12.019

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-Principles Investigation of the Na+ Ion Transport Property in Oxyfluorinated Titanium (IV) Phosphate Na3Ti2P2O10F2016

    • 著者名/発表者名
      R. Jalem, R. Natsume, M. Nakayama, T. Kasuga
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 120 号: 3 ページ: 1438-1445

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b12115

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Association of defects in doped non-stoichiometric ceria from first principles2016

    • 著者名/発表者名
      S. Grieshammer, M. Nakayama, M. Martin
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 18 号: 5 ページ: 3804-3811

    • DOI

      10.1039/c5cp07537h

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Amount of tungsten dopant influencing the photocatalytic water oxidation activity of LaTiO2N crystals grown directly by an NH3-assisted flux method2016

    • 著者名/発表者名
      K. Kawashima, M. Hojamberdiev, H. Wagata, M. Nakayama, K. Yubuta, S. oishi, K. Domen, K. Teshima
    • 雑誌名

      Catal. Sci. Technol.

      巻: in press 号: 14 ページ: 5389-5396

    • DOI

      10.1039/c5cy02046h

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Informatics-aided DFT Study on the Li ion Transport of Tavorite-type LiMTO4F (M3+-T5+, M2+-T6+)2015

    • 著者名/発表者名
      R. Jalem, M. Kimura, M. Nakayama, T. Kasuga
    • 雑誌名

      J. Chem. Inform. Model.

      巻: 55 号: 6 ページ: 1158-1168

    • DOI

      10.1021/ci500752n

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-capacity electrode materials for rechargeable lithium batteries: Li3NbO4-based system with cation-disordered rocksalt structure2015

    • 著者名/発表者名
      N. Yabuuchi, M. Takeuchi, M. Nakayama, H. Shiiba, M. Ogawa, K. Nakayama, T. Ohta, D. Endo, T. Ozaki, T. Inamasu, K. Sato, S. Komaba
    • 雑誌名

      Proc. Nat. Acad. Sci.

      巻: 112 号: 25 ページ: 7650-7655

    • DOI

      10.1073/pnas.1504901112

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Insights into the Lithium-Ion Conduction Mechanism of Garnet-Type Cubic Li5La3Ta2O12 by ab-Initio Calculations2015

    • 著者名/発表者名
      R. Jalem, M. Nakayama, W. Manalastas, J. A. Kilner, R. W. Grimes, T. Kasuga, K. Kanamura
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 119 号: 36 ページ: 20783-20791

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b05068

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Prevention of Reaction between (Ba,Sr)(Co,Fe)O3 Cathodes and Yttria-stabilized Zirconica Electrolytes for Intermediate-temperature Solid Oxide Fuel Cells2015

    • 著者名/発表者名
      H. Sumi, T. Ohshiro, M. Nakayama, T. Suzuki, Y. Fujishiro
    • 雑誌名

      Electrochim Acta.

      巻: 184 ページ: 403-409

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2015.10.092

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient automatic screening for Li ion conductive inorganic oxides with bond valence pathway models and percolation algorithm2015

    • 著者名/発表者名
      M. Nakayama, M. Kimura, R. Jalem, T. Kasuga
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 55 号: 1S ページ: 01AH05-01AH05

    • DOI

      10.7567/jjap.55.01ah05

    • NAID

      210000146002

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Defect Formation Energy in Spinel LiNi0.5Mn1.5O4-δ Using Ab Initio DFT Calculations2015

    • 著者名/発表者名
      H. Shiiba, N. Zettsu, M. Nakayama, S. Oishi, K. Teshima
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 119 号: 17 ページ: 9117-9124

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b01661

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Combined Computational and Experimental Study of Li Exchange Reaction at the Surface of Spinel LiMn2O4 as a Rechargeable Li-ion Battery Cathode2014

    • 著者名/発表者名
      M. Nakayama, H. Taki, T. Nakamura, S. Tokuda, R. Jalem, T. Kasuga
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 118 号: 47 ページ: 27245-27251

    • DOI

      10.1021/jp509232m

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Alkali Ion Transport in Tavorite-Type ABTO<sub>4</sub>X (A: Li, Na; B-T: Al-P, Mg-S; X: F)2014

    • 著者名/発表者名
      R. Jalem, M. Nakayama, T. Kasuga
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 82 号: 10 ページ: 851-854

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.82.851

    • NAID

      130004697476

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] New Insight into Structural Evolution in Layered NaCrO2 during Electrochemical Sodium Extraction2014

    • 著者名/発表者名
      K. Kubota, I. Ikeuchi, T. Nakayama, C. Takei, N. Yabuuchi, H. Shiiba, M. Nakayama, S. Komaba
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 119 号: 1 ページ: 166-175

    • DOI

      10.1021/jp5105888

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Gallium Doping in Garnet-Type Li7La3Zr2O12 Solid Electrolytes2014

    • 著者名/発表者名
      R. Jalem, M. Rushton, W. Manalastas, M. Nakayama, T. Kasugga, J. A. Kilner, R. W. Grimes
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 27 号: 8 ページ: 2821-2831

    • DOI

      10.1021/cm5045122

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-Pressure Synthesis, Crystal Structure, and Phase Stability Relations of a LiNbO3-Type Polar Titanate ZnTiO3 and Its Reinforced Polarity by the Second-Order Jahn-Teller Effect2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Inaguma, Akihisa Aimi, Yuichi Shirako, Daichi Sakurai, Daisuke Mori, Hiroshi Kojitani, Masaki Akaogi, and Masanobu Nakayama
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 136(7) 号: 7 ページ: 2748-2756

    • DOI

      10.1021/ja408931v

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oxygen vacancy formation and the ion migration mechanism in layered perovskite (Sr, La)3Fe2O7-d2014

    • 著者名/発表者名
      I. Kagomiya, K. Jimbo, K. Kakimoto, M. Nakayama, O. Masson
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 16 号: 22 ページ: 10875-10882

    • DOI

      10.1039/c4cp00736k

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Morphology and surface structure of cubic BaTiO<sub>3</sub> using first-principles density functional theory2013

    • 著者名/発表者名
      Masanobu NAKAYAMA, Shota HOTTA, Tomoaki NAKAMURA, Toshihiro KASUGA
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 121 号: 1416 ページ: 611-613

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.611

    • NAID

      130004480182

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electronic structure of spinel-type LiNi1/2Ge3/2O4 and LiNi1/2Mn3/2O4 as positive electrodes for rechargeable Li-ion batteries studied by first-principles density functional theory2013

    • 著者名/発表者名
      Masanobu NAKAYAMA, Randy JALAM, Toshihiro KASUGA
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: in press

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 第一原理計算による電子・酸化物イオン混合導電性セラミックス材料表面における酸素交換反応の解析2016

    • 著者名/発表者名
      西井克弥・中山将伸・春日敏弘
    • 学会等名
      日本セラミックス協会、2016年年会
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulation Study on the Lithium Ion Transport of Doped Garnet-Type Solid ectrolytes2016

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem, Masanobu Nakayama
    • 学会等名
      EMN Ceramics
    • 発表場所
      Hongkong, China
    • 年月日
      2016-01-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] リチウムイオン電池セラミックス材料の探索とマテリアルズ・インフォマティクス2016

    • 著者名/発表者名
      中山将伸
    • 学会等名
      第12回 ナノ材料科学環境拠点シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2016-01-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 固体酸化物形燃料電池に用いる空気極材料の酸素空孔生成反応の評価2015

    • 著者名/発表者名
      渡邉健太郎・大城隆之・中山将伸・春日敏宏
    • 学会等名
      日本セラミックス協会、東海支部学術講演会
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-12-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算による電子・酸化物イオン混合導電性セラミックスSr添加LaCoO3の結晶粒子形態の解析2015

    • 著者名/発表者名
      西井克弥・中山将伸・春日敏弘
    • 学会等名
      第10回日本フラックス成長研究会
    • 発表場所
      長野県長野市
    • 年月日
      2015-12-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] リチウムイオン導電性セラミックス材料と発見型材料シミュレーション"2015

    • 著者名/発表者名
      中山将伸
    • 学会等名
      東海化学工業会セミナー
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-11-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Computational and Experimental Studies on Garnet-type Li ion Conductors as Solid Electrolyte of Li ion Battery2015

    • 著者名/発表者名
      Masanobu NAKAYAMA, Randy Jalem
    • 学会等名
      the 3rd International Conference on Advanced Electromaterials (ICAE2015)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-11-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 第一原理計算による電子・酸化物イオン混合導電性セラミックス材料表面における酸素交換反応2015

    • 著者名/発表者名
      西井克弥・中山将伸・春日敏弘
    • 学会等名
      第56回電池討論会
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-11-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] プロトン導電性ガーネット酸化物の第一原理計算による評価2015

    • 著者名/発表者名
      夏目亮祐・Randy Jalem・中山将伸・春日敏宏
    • 学会等名
      第46回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会(中化連)
    • 発表場所
      三重県津市
    • 年月日
      2015-11-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 材料シミュレーョンによるイオ導電性結晶の構造設計2015

    • 著者名/発表者名
      中山将伸
    • 学会等名
      日本セラミックス協会、第28回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      富山県富山市
    • 年月日
      2015-09-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ペロブスカイト型空気極材料とジルコニア系電解質材料の界面における分解反応2015

    • 著者名/発表者名
      大城隆之・中山将伸・鷲見裕史・鈴木俊男・藤代芳伸
    • 学会等名
      日本セラミックス協会、第28回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      富山県富山市
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Ab Initio-based Computational Study on Garnet-Type Li Conductor Li7La3Zr2O122015

    • 著者名/発表者名
      Masanobu NAKAYAMA, Randy Jalem
    • 学会等名
      The 11th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PAcRim-11)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-09-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 材料シミュレーションによる蓄電池の機能解析と材料探索2015

    • 著者名/発表者名
      中山将伸
    • 学会等名
      光機能材料研究会 第55回講演会
    • 発表場所
      東京都目黒区
    • 年月日
      2015-08-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ab Initio Molecular Dynamics Study of Ion Transport in Battery Materials2015

    • 著者名/発表者名
      Masanobu NAKAYAMA, Randy Jalem
    • 学会等名
      8th International Conference on Materials for Advanced Technologies of the Materials Research Society of Singapore & 16th IUMRS-International Conference in Asia (ICMAT2015 & IUMRS-ICA2015)
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2015-06-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] An efficient rule-based screening approach for discovering fast ion conductors using density functional theory and informatics2015

    • 著者名/発表者名
      Masanobu NAKAYAMA, Randy Jalem
    • 学会等名
      Energy Materials Nanotechnology (EMN) Cancun Meeting
    • 発表場所
      Cancun Mexico
    • 年月日
      2015-06-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 材料シミュレーションによるイオン導電性セラミックス材料の 解析と探索2015

    • 著者名/発表者名
      中山将伸
    • 学会等名
      企業研究会CAMM
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2015-06-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 円筒型固体酸化物形燃料電池におけるBa0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δカソードの特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      大城隆之・中山将伸・鷲見裕史・藤代芳伸
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2015年 年会
    • 発表場所
      岡山県岡山市
    • 年月日
      2015-03-13 – 2015-03-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算による酸素透過セラミックスLaCoO3の結晶粒子形態の解析2014

    • 著者名/発表者名
      西井克弥・ハレムランディ・中山将伸・春日敏宏
    • 学会等名
      平成26年度 第9回日本フラックス成長研究発表会
    • 発表場所
      高知県高知市
    • 年月日
      2014-12-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算によるペロブスカイト型酸素透過性材料の表面構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      西井克弥・ハレムランディ・中山将伸・春日敏宏
    • 学会等名
      平成26年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2014-12-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算によるペロブスカイト型酸化物の酸素空孔拡散機構の評価2014

    • 著者名/発表者名
      大城隆之, 中村友昭, 中山将伸, 春日敏宏
    • 学会等名
      日本化学会電気化学ディビジョン化学電池材料研究会第34回講演会・夏の学校
    • 発表場所
      三重県津市
    • 年月日
      2014-08-02 – 2014-08-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] An Efficient DFT-Based Material Screening Method Assisted by Multivariate Modeling Techniques2014

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Nakayama, Randy Jalem
    • 学会等名
      International Conference on Microelectronics and Plasma Technology 2014
    • 発表場所
      Gunsan, South-Korea
    • 年月日
      2014-07-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Efficient Search of Fast Lithium Ionic Conductors Through Ab Initio-based Computational Methods and Material Informatics2014

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Nakayama, Randy Jalem
    • 学会等名
      13th International Ceramics Congress, CIMTEC 2014 - 13th International Conference on Modern Materials and Technologies
    • 発表場所
      トスカナ地方、イタリア
    • 年月日
      2014-06-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 計算的手法を用いたペロブスカイト型材料の酸素透過能評価2013

    • 著者名/発表者名
      大城隆之, 中村友昭, 中山将伸, 春日敏宏
    • 学会等名
      平成25年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • 発表場所
      名古屋
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学法を用いた(Ba0.5Sr0.5)(Co1-xFex)O2.5中のカチオン配列秩序性と酸化物イオン拡散機構2013

    • 著者名/発表者名
      椎葉寛将, 中山 将伸, 春日敏宏, John A Kilner, Robin W Grimes
    • 学会等名
      東海地区ヤングエレクトロケミスト研究会
    • 発表場所
      三重
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] (Ba0.5Sr0.5)(Co1-xFex)O2.5中のカチオン配列秩序性に対する酸化物イオン拡散能変化2013

    • 著者名/発表者名
      椎葉寛将, 中山将伸, 春日敏宏, John A Kilner, Robin W Grimes
    • 学会等名
      化学電池材料研究会 第32回講演会・夏の学校
    • 発表場所
      滋賀
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 中村友昭, 中山将伸, 伊藤孝憲, 春日敏宏2013

    • 著者名/発表者名
      第一原理計算を用いた酸素透過性ペロブスカイト材料における欠陥生成反応の解析
    • 学会等名
      第15回化学電池材料研究会ミーティング
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Calculation of Arrangement of Oxygen/vacancy in Layered GdBaCo2O5+δ by First-principles DFT with Monte Carlo Simulations2013

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Shiiba, Masanobu Nakayama, Toshihiro Kasuga, Robin W Grimes, John A Kilner
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Solid State Ionics
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Oxygen defect structure in double perovskite GdBaCo2O5+δ by first-principles DFT with Monte Carlo simulations2013

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Shiiba, Masanobu Nakayama, Toshihiro Kasuga, Robin W Grimes, John A Kilner
    • 学会等名
      13th International Conference of the European Ceramic Society
    • 発表場所
      Limoges, France
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Calculation of Oxygen Defect Structure in Layered GdBaCo2O5+δ by First-principles DFT with Monte Carlo Simulations2013

    • 著者名/発表者名
      Hiromasa Shiiba, Masanobu Nakayama, Toshihiro Kasuga, Robin W Grimes, John A Kilner
    • 学会等名
      224th Electrochemical Society Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [図書] Introduction to Rational Molecular Modeling Approaches2015

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem, Masanobu Nakayama
    • 総ページ数
      24
    • 出版者
      John Wiley & Sons
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2013-05-21   更新日: 2019-07-29  

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