高速酸素イオン移動を実現する新規酸化物の開発と新しい電気化学デバイス

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11102006
• 研究機関: 大分大学
• 研究代表者: 滝田 祐作 大分大学, 工学部, 教授 (30038054)
• 研究分担者: 伊藤 正実 大分大学, 地域共同センター, 助教授 (60274742) ; 井上 高教 大分大学, 工学部, 助教授 (40243969) ; 石原 達己 大分大学, 工学部, 助教授 (80184555) ; 西口 宏泰 大分大学, 工学部, 助手 (10274739)
• キーワード: 酸素イオン伝導体 / LaF_3 / 燃料電池 / 酸素透過膜 / 炭化水素センサー / 排ガスモニター

研究概要

本研究では高速酸素イオン移動を実現する酸化物の開発を目的に、種々の酸化物の酸素イオン伝導性を評価するとともに、開発した酸化物を用いた新しい電気化学デバイスの開発を検討した。新規な酸素イオン伝導体の開発を目的に、LaF_3系酸化物への酸素ドープによる酸素イオン伝導の発現という新しい材料設計を検討したところ、期待したように、LaF_3に少量の酸素を添加すると、伝導度が向上した。この材料は伝導度が酸素分圧に依存しなかりたことからイオン伝導であることが確認された。伝導度はSrおよびNaを添加すると向上することを見出した。酸素添加LaF_3中での電荷担体としてはF^-とO^<2->が考えられる。そこで、直流分極現象を観測したところ、定電流が24時間にわたって流れ、また断面の分析からフッ素の濃縮等が観測されなかった。そこで、0を添加したLaF_3は新しい高酸素イオン伝導体であることを見出した。この材料の最適組成はLa_<0.85>Sr_<0.10>Na_<0.05>O_<0.4>F_<1.9>であり、その酸素イオン伝導度は現在までの報告では最も高い伝導度であることがわかった。次に低温作動型燃料電池へのLaGaO3系酸化物の応用について検討を行った。その結果、従来のセルでは電極界面に比較的大きな電気抵抗が存在することがわかった。この理由として電極との反応であることがわかった。そこで、反応の抑制を目的に、電極へのLa添加CeO_2の応用を検討したところ、界面抵抗が低減され、出力が大きく向上できることがわかった。
新しい燃焼排ガスモニターへの応用を目的に、酸素ポンピング電流を利用した炭化水素センサを検討し、電解質としてNiを添加したLaGaO3系酸化物が適することを明らかにした。このセンサは酸素分圧に依存することなく、炭化水素のみを選択的に検知できることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] T.Ishihara, Y.Tsuruta, H.Nishiguchi, Y.Takita: "Fe doped LaGaO_3 based perovskite oxide as an oxygen separating membrane for CH_4 partial oxidation"Ceramic Transactions,. 127. 69-77 (2002)
• [文献書誌] T.Ishihara, Y.Tsuruta, T.Todaka, H.Nishiguchi, Y.Takita: "Fe doped LaGaO_3 perovskite oxide as an oxygen separating membrane for CH_4 partial oxidation"Solid Sate Ionics. 152-153. 709-714 (2002)
• [文献書誌] T.Ishihara, S.Fukui, H.Nishiguchi, Y.Takita: "La doped BaCoO_3 as a cathode for intermediate temperature solid oxide fuel cells using LaGaO_3 base electrolyte"J. Electrochem. Soc.. 149. A823-A828 (2002)
• [文献書誌] S.Wang, T.Ishihara, Y.Takita: "Dimethyl Ether Fueled Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell Using LaGaO_3 Based Perovskite Electrolytes"Electrochem. & Solid-State Lett.,. 5. A177-A180 (2002)
• [文献書誌] T.Ishihara, S.Fukui, H.Nishiguchi, Y.Takita: "Mixed electronic-oxide ionic conductor of BaCO_3 doped with La for cathode of intermediate Temperature operating solid oxide fuel cell"Solid Sate Ionics. 152-154. 609-615 (2002)
• [文献書誌] T.Ishihara, H.Arikawa, H.Nishiguchi, Y.Takita: "Fast Oxide Ion Conductivity and Oxygen Tracer Diffusion in Doped La_2GeO_5"Solid State Ionics. 154-155. 455-460 (2002)
• [文献書誌] T.Ishihara: "Solid Oxide Fuel Cells : Fundamentals and Applications"Elsevier Science(印刷中).