スパッタ法による高伝導度薄膜電解質の開発とその燃料電池応用

• 研究課題/領域番号: 26420284
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 鶴岡工業高等専門学校
• 研究代表者: 内山 潔 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80403327)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 燃料電池 / 薄膜 / 低温作動化 / 配向性制御 / 導電性酸化物 / プロトン伝導体 / 酸化物薄膜 / 中温域 / プロトン伝導

研究成果の概要

本研究では多孔質ステンレス基板にPd薄膜を緻密にメッキした基板を用い、その上に電解質をミクロン以下にまで薄膜化することで固体酸化物形燃料電池（SOFC）のの作動温度の大幅な低減を目指した。その結果400℃という極めて低い作動温度で発電を確認し、本SOFCの優位性を示した。しかし得られた発電特性は数mW/cm2程度と低く、空気極の構造に問題があることがわかった。そこで、SOFC用として最適な組織構造を持つ導電性酸化物について検討を行い、酸化物導電体であるLaNiO3をゾルゲル法で形成することで、良好な空気極構造が得られることを明らかにし、現在本空気極を用いたSOFCの試作を行っている。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication of highly (110)-oriented BaCeO3-based proton-conductive oxide thin films by RF magnetron sputtering method (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Sato, Takaaki Inoue, Daichi Ichinose, Hiroshi Funakubo and Kiyoshi Uchiyama
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 巻: 55 号: 2S ページ: 02BC19-02BC19
  • DOI: 10.7567/jjap.55.02bc19
  • NAID: 210000146088
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication of Highly Oriented Proton Conductive Oxide Thin Films (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Sato, Daichi Ichinose, Hiroshi Funakubo and Kiyoshi Uchiyama
  • 雑誌名: Science of Advanced Materials 巻: 未定
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low Temperature Operation of Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) with Proton Conductive Electrolyte Deposited on Pd Foil Substrates (2016)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Kariya, Hiroki Tanaka, Kiyoshi Uchiyama, Tomoki Hirono2, Tetsuji Kuse2, Mitsunori Henmi4, Mitsutaka Hirose, Isao Kimura, Koukou Suu, and Hiroshi Funakubo
  • 雑誌名: Science of Advanced Materials 巻: 未定
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intermediate-temperature operation of solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) with thin film proton conductive electrolyte (2015)
  • 著者名/発表者名: T Kariya, K Uchiyama, H Tanaka, T Hirono, T Kuse, K Yanagimoto, M Henmi, M Hirose, I Kimura, K Suu and H Funakubo
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 660 ページ: 012057-012057
  • DOI: 10.1088/1742-6596/660/1/012057
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] Evaluation of proton-conductive oxide thin-films and their application for Solid Oxide Fuel Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue, T. Sato, M. Yamaguchi, K.i Uchiyama
  • 学会等名: JSTS 2016/ISTS 2016
  • 発表場所: ガジャマダ大学、インドネシア
  • 年月日: 2016-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] {110｝一軸配向ペロブスカイト型酸化物薄膜の作製と結晶構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 智也 木村 純一 一ノ瀬 大地 三村 和仙 舟窪 浩 内山 潔
  • 学会等名: 第63回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス（目黒）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] エアロゾルデポジション法による多孔質酸化物膜の作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 井上 貴明 志藤 泰紀 佐藤 智也 明渡 純 内山 潔
  • 学会等名: 第63回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス（目黒）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] スピンコートによるLaNiO3薄膜の微構造制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 熊谷 佳郎 内山 潔
  • 学会等名: 第63回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス（目黒）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 交流インピーダンス法による酸化物薄膜の伝導性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口 雅仁 井上 貴明 佐藤 智也 内山 潔
  • 学会等名: 第63回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス（目黒）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] High Quality Deposition of Proton Conductive Oxide Thin Films and its Application to Fuel Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Uchiyama, T. Kariya, T. Sato, M. Yamaguchi, T. Inoue, T. Kumagai, H. Tanaka, T. Hirono, T. Kuse, K. Yanagimoto, H. Funakubo
  • 学会等名: International Conference on Technologically Advanced Materials and Asian Meeting on Ferroelectricity (ICTAM-AMF10)
  • 発表場所: デリー大学、インド
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Deposition of high quality proton conductive perovskites and their application to fuel cells (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Uchiyama, T. Kariya, T. Sato, M. Yamaguchi, T. Inoue, T. Kumagai, H. Tanaka, T. Hirono, T. Kuse, K. Yanagimoto, H. Funakubo
  • 学会等名: European Materials Society 2016 Spring Meeting
  • 発表場所: Lille Grand Palais、フランスリール市
  • 国際学会
• [学会発表] Optimization of Deposition Conditions of Y-Doped SrZrO3 Thin Films Fabricated by PulsedLaser Deposition Method (2016)
  • 著者名/発表者名: K. UCHIYAMA, H. TANAKA, T. OIKAWA, H. FUNAKUBO
  • 学会等名: International Union of Materials Research Societies-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM2016)
  • 発表場所: SINTEC、シンガポール
  • 国際学会
• [学会発表] Growth of {110}-oriented Perovskite-type Proton Conductive Oxide Thin Films by RF Magnetron Sputtering Method (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, T. Kiguchi, T.J. Konno, J. Kimura, D. Ichinose, T. Mimura, H. Funakubo, K. Uchiyama
  • 学会等名: 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、名古屋
  • 国際学会
• [学会発表] High quality depositions of proton conductive perovskite thin film (2016)
  • 著者名/発表者名: 内山潔、佐藤智也、一ノ瀬 大地、舟窪浩
  • 学会等名: 第26回日本MRS年次大会（MRS-J2016) 国際シンポジウムセッション
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館他、横浜市
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Porous LaNiO3 Thin-film on SrZr0.8Y0.2O3-δ and Its Chemical Stability on High Temperature and Humidified Atmosphere (2016)
  • 著者名/発表者名: 熊谷佳郎、内山潔
  • 学会等名: 第26回日本MRS年次大会（MRS-J2016) 国際シンポジウムセッション
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館他、横浜市
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of dependence on protonconductive oxide thin films with doping amount of Yttrium (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口雅仁、佐藤智也、井上貴明、内山潔
  • 学会等名: 第26回日本MRS年次大会（MRS-J2016) 国際シンポジウムセッション
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館他、横浜市
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells using Thin Film Electrolyte of Proton-Conductive Oxide deposited on a Pdplated Porous Stainless-Steel (2016)
  • 著者名/発表者名: 井上貴明、佐藤智也、熊谷佳郎、山口雅仁、内山潔
  • 学会等名: 第26回日本MRS年次大会（MRS-J2016) 国際シンポジウムセッション
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館他、横浜市
  • 国際学会
• [学会発表] Pt/Si 基板上への{110}高配向ぺロブスカイト薄膜の直接成膜 (2016)
  • 著者名/発表者名: 内山 潔，佐藤智也，一ノ瀬大地，木村純一，井上貴明，三村和仙，舟窪 浩
  • 学会等名: 第33回 強誘電体応用会議
  • 発表場所: コープイン京都、京都市
• [学会発表] Evaluation of Chemical Stability of RF-magnetron Sputtered Proton Conductive Oxide Thin Films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, D. Ichinose, H. Funakubo and K. Uchiyama
  • 学会等名: MRS-J 2015
  • 発表場所: 横浜情報文化センター他（横浜市）
  • 年月日: 2015-12-08
• [学会発表] Intermediate-temperature operation of solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) with thin film proton conductive electrolyte (2015)
  • 著者名/発表者名: T Kariya, K Uchiyama, H Tanaka, T Hirono, T Kuse, K Yanagimoto, M Henmi, M Hirose, I Kimura, K Suu and H Funakubo
  • 学会等名: PowerMEMS 2015
  • 発表場所: Royal Sonesta Boston、USA
  • 年月日: 2015-12-01
  • 国際学会
• [学会発表] Electric Property of Strained {110}-oriented (Ba0.5Sr0.5)TiO3 (BST) Thin Films Fabricated by RF-magnetron Sputtering (2015)
  • 著者名/発表者名: 内山 潔 大島 直也 江原 祥隆 及川 貴弘 田中 宏樹 佐藤 智也 内田 寛 山田 智明 舟窪 浩
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2015
  • 発表場所: 済州国際コンベンションセンター（韓国済州島）
  • 年月日: 2015-10-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Highly Oriented Proton Conductive Oxide Thin Films (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 智也 一ノ瀬 大地 舟窪 浩 内山 潔
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2015
  • 発表場所: 済州国際コンベンションセンター（韓国済州島）
  • 年月日: 2015-10-25
  • 国際学会
• [学会発表] 高配向性プロトン伝導性酸化物薄膜の作製と化学的安定性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 智也 一ノ瀬 大地 舟窪 浩 内山 潔
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: 米沢市市民文化会館（米沢）
  • 年月日: 2015-10-16
• [学会発表] RFマグネトロンスパッタリング法による{110}高配向Ba(Ce,Y)O3ペロブスカイト薄膜の作製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 智也 一ノ瀬 大地 舟窪 浩 内山 潔
  • 学会等名: 第76回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（名古屋）
  • 年月日: 2015-09-13
  • 国際学会
• [学会発表] Electric Measurement of Proton Conductive Perovskite Thin Films (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoya SATO, Takaaki INOUE, Hiroshi FUNAKUBO, Kiyoshi UCHIYAMA
  • 学会等名: EM-NANO 2015
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟市)
  • 年月日: 2015-06-16 – 2015-06-19
• [学会発表] Electric Measurement of Proto Conductive Perovskite Thin Films (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 智也 井上 貴明 舟窪 浩 内山 潔
  • 学会等名: EM-NANO2015
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟）
  • 年月日: 2015-06-16
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Proton Conductive Oxide Thin Films for Fuel Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Uchiyama, T. Sato, H. Funakubo
  • 学会等名: 第２４回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 開港記念館（横浜市）
  • 年月日: 2014-12-10 – 2014-12-12
• [学会発表] プロトン伝導性SrZrO3薄膜の作製と評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 稲毛一昭、佐藤 智也、内山潔
  • 学会等名: 日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: にぎわい交流館AU（秋田市）
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [学会発表] スパッタ法を用いたプロトン伝導性酸化物薄膜の成膜条件依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 智也、内山 潔
  • 学会等名: 2014応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20