ドライプロセスによる高速イオン伝導性ナノイオニクス電解質の創製

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16079201
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 湯上 浩雄 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (60192803)
• 研究分担者: 古澤 伸一 群馬大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60219110)
• 連携研究者: 井口 史匡 東北大学, 大学院工学研究科, 助教 (00361113) ; 鶴井 隆雄 東北大学, 金属材料研究所, 産学官連携研究員 (30466578)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2008
• キーワード: プロトン導電体 / リチウムイオン導電体 / 界面応力 / PLD 法 / 導電率エンハンスメント / ナノイオニクス / 固体イオニクス

研究概要

本研究はイオンが内部を伝導するする固体電解質においてしばしば観察される,ヘテロ界面の物質内への導入によるイオン導電率の向上(エンハンスメント)に着目し,その物性の解明,燃料電池やリチウムイオン電池等に用いられる固体電解質への応用を目的とした。研究を通してプロトン導電性固体酸化物やリチウムシリケート系固体酸化物にも1桁から数桁のエンハンスメントが存在することが新たに発見された。又,その原因として界面における空間電荷層のように直接的なものではなく,界面において導入されるさまざまな歪,欠陥が一因となっていることが判明した。

研究成果

• [雑誌論文] The relationship between chemical composition distributions and specific grain boundary conductivity in Y-doped BaZrO3 proton conductor (2009)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi, T. Tsurui, N. Sata, Y. Nagao, and H. Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 180 ページ: 563-568
  • 査読あり
• [雑誌論文] The status of solid oxide fuel cell technology (2009)
  • 著者名/発表者名: J. Liu, and H. Yugami
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering 4(1) ページ: 3-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure of La1-xSrxScO3 probed by soft-x-ray absorption spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Higuchi, Y. Nagao, J. Liu, F. Iguchi, N. Sata, T. Hattori, and H. Yugami
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 104(7), art. No. 076110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping effect of Sr2+ on electrical conductivity in La1-xSrxSc1-yAlyO3 perovskite-type oxides (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kato, and H. Yugami
  • 雑誌名: Electrochemistry 76(5) ページ: 334-337
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of chemically-induced expansion on damage of solid oxide fuel cell (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, K. Yashiro, T. Hashida, T. Kawada, H. Yugami, and J. Mizusaki
  • 雑誌名: Nihon Kikai Gakkai Ronbunshu, A Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers Part A,74(1) ページ: 68-74
  • 査読あり
• [雑誌論文] プロトン導電性酸化物エピタキシャル薄膜の作製とその構造及び導電特性評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 井口史匡,鶴井隆雄,佐多教子,湯上浩雄
  • 雑誌名: 表面科学 29(7) ページ: 396-400
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of La0.6Sr0.4FeO3/La0.6Sr0.4CoO3 mixed ion conducting superlattices by PLD (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Sata, K. Ikeda, F. Iguchi, and H. Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 178 (29-30) ページ: 1563-1567
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton diffusion in LaSrScO3 single crystals studied by in-situ infrared absorption spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: J. Liu, and H. Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 178 (27-28) ページ: 1507-1511
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical conductivity of Nd1-x Ca x Sc 1-y Mg y O3 perovskite-type oxides (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Kato, and H. Yugami
  • 雑誌名: ournal of Electroceramics 18(3-4) ページ: 219-224
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructures and grain boundary conductivity of BaZr1-xYxO3 (x = 0.05, 0.10, 0.15) ceramics (2007)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi, N. Sata, T. Tsurui, and H. Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 178(7-10) ページ: 691-695
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of proton-conducting oxides by artificial modulation of dopant distribution (2007)
  • 著者名/発表者名: D. Hondo, T. Tsurui, N. Kuwata, N. Sata, F. Iguchi, and H. Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 178(7-10) ページ: 685-690
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical absorption of Sr-doped LaScO3 single crystals (2007)
  • 著者名/発表者名: J.Liu, F.Iguchi, N.Sata, and H.Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 178 (7-10) ページ: 521-526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance of BaZrO3 based proton conductors as an electrolyte for intermediate temperature operating SOFC (2007)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi, T. Tokikawa, T. Miyoshi, T. Tsurui, Y. Nagao, N. Sata, and H. Yugami
  • 雑誌名: ECS Transactions 7 (1 PART 2) ページ: 2331-2336
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionic Conductivity of Lithium Alunimo-Silicate Thin Films on SiO2 Glass and Al2O3 Substrates (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Furusawa, H. Tabuchi, and T. Tsurui
  • 雑誌名: Solid State Ionics 178 ページ: 1033-1038
  • 査読あり
• [雑誌論文] The influence of grain structures on the electrical conductivity of a BaZr0.95Y0.05O3 proton conductor (2006)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi, T. Yamada, N. Sata, T. Tsurui, and H. Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 177 ページ: 26-32
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen permeation properties and the stability of La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 studied by Raman spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi, N. Sata, H. Yugami, and H. Takamura
  • 雑誌名: Solid State Ionics 177 ページ: 26-32
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton conduction in LaSrScO3 single crystals (2006)
  • 著者名/発表者名: J. Liu, Y. Chiba, J. Kawamura, and H. Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 177 ページ: 2329-2332
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton Transport and Microstructure Properties in Superlattice Thin Films Fabricated by Pulsed Laser Deposition (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Kuwata, N.Sata, T.Tsurui, H.Yugami
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 44(12) ページ: 8613-8618
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fracture properties of (CeO2) (1-x) (RO1.5) (x) (R=Y, Gd, and Sm;x=0.02-0.20) ceramics (2005)
  • 著者名/発表者名: T. Ishida, F. Iguchi, K. Sato, T. Hashida, H. Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 176(31-34) ページ: 2417-2421
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen partial pressure dependence of creep on yttria-doped ceria ceramics (2005)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi, Y. Endo, T. Ishida, T. Yokobori, H. Yugami, T. Otake, T. Kawada, J. Mizusaki
  • 雑誌名: Solid State Ionics 176(5-6) ページ: 641-644
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton Transport and Microstructure Properties in Superlattice Thin Films Fabricated by Pulsed Laser Deposition (2005)
  • 著者名/発表者名: N. Kuwata, N. Sata, T. Tsurui and H. Yugami
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied 44 ページ: 8613-8618
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionic Conductivity of Amorphous Lithium Lanthanum Titanate Thin Film (2005)
  • 著者名/発表者名: S. Furusawa, H. Tabuchi, T, Sugiyama, S. Tao, and J.T.S. Irvine
  • 雑誌名: Solid State Ionics 176 ページ: 553-558
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of rare-earth oxides on fracture properties of ceria ceramics (2004)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, H. Yugami, T. Hashida
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 39(18) ページ: 5765-5770
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical and Electrical Properties of Rare earth-Doped Ceria Ceramics for SOFC Electrolytes (2004)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, H. Yugami, and T. Hashida
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 29(4) ページ: 1471-1474
  • 査読あり
• [学会発表] Proton Conductivity of Y- doped SrZrO3 Epitaxial Thin Films Prepared by a Novel Low-Temperature PLD Process (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Sata
  • 学会等名: The 14th International Conference on Solid State Protonic Conductors (SSPC-14)
  • 発表場所: Kyoto (Japan)
  • 年月日: 20080907-11
• [学会発表] Contributions of Ga additive toward sintering and electrical properties on Y-doped BaZrO3 proton conductors (2008)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-state science (PRIME 2008)
  • 発表場所: Hawaii (U.S.A)
  • 年月日: 2008-10-16
• [学会発表] Nanoionics Effects on Perovskite-type proton conducting thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yugami
  • 学会等名: The 14th International Conference on Solid State Protonic Conductors (SSPC-14)
  • 発表場所: Kyoto (Japan)
  • 年月日: 2008-09-11
• [学会発表] Electrode reaction and cell performances of IT-SOFC using BaZrO3 proton conductors (2008)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi
  • 学会等名: 6th international fuel cell science, engineering & technology conference
  • 発表場所: Denver (U.S.A.)
  • 年月日: 2008-06-16
• [学会発表] Mechanical properties of ceria based oxygen ionic conductors for SOFC (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yugami
  • 学会等名: 6th international fuel cell science, engineering & technology conference
  • 発表場所: Denver (U.S.A.)
  • 年月日: 2008-06-16
• [学会発表] Proton dynamics in Sr-doped LaScO3 single crystals studied by impedance and optical spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: J. Liu
  • 学会等名: 16th international conference on Solid State Ionics (SSI-16)
  • 発表場所: Shanghai (China)
  • 年月日: 20070702-06
• [学会発表] Grain boundary conductivity of Y-doped BaZrO3 proton conductors (2007)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi
  • 学会等名: The 2nd international conference on physics of solid state ionics (2nd ICPSSI)
  • 発表場所: Tokyo (Japan)
  • 年月日: 2007-12-18
• [学会発表] Structural and Electrical Properties of BaZrO3 Proton Conducting Ceramics and Epitaxial Thin Films, (2006)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi
  • 学会等名: Electrochemistry and thermodynamics on materials processing for sustainable production : Masuko symposium
  • 発表場所: Tokyo (Japan)
  • 年月日: 2006-11-15
• [学会発表] Interface effect on electrical properties of Y-doped BaZrO3 ceramics and thin films (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Yugami
  • 学会等名: The 58th annual meeting of the international society of electro- chemistry
  • 発表場所: Banff (Canada)
  • 年月日: 2006-09-11
• [学会発表] Preparation of Y-doped BaZrO3 Epitaxial Thin Films by Pulsed Laser Deposition (2006)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi
  • 学会等名: 13th Solid State Proton Conductors Conference (SSPC-13)
  • 発表場所: St Andrews, (U.K.)
  • 年月日: 2006-09-05
• [学会発表] Structural and electrical properties of BaZrO3 proton conducting oxides thin films and ceramics (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Yugami
  • 学会等名: European materials research society spring meeting (E-MRS)
  • 発表場所: Nice (France)
  • 年月日: 2006-01-01
• [学会発表] The influence of grain structure on electrical conductivity of BaZr0.95Y0.05O3 proton conductor (2005)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi
  • 学会等名: 15th International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: Baden-Baden (German)
  • 年月日: 2005-07-19
• [学会発表] Investigation of oxygen permeation properties and stability of La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 by raman spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi
  • 学会等名: 15th International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: Baden-Baden (German)
  • 年月日: 2005-07-19
• [学会発表] Structural and electrical properties of LaSrCoO3/LaSrFeO3 superlattices (2004)
  • 著者名/発表者名: H. Yugami
  • 学会等名: 9th Asian Conference on Solid Stance Ionics
  • 発表場所: Jeju (Korea)
  • 年月日: 2004-01-09
• [学会発表] Creep and Fracture Strength of Rare Earth Doped Ceria (2004)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi
  • 学会等名: 9th Asian Conference on Solid Stance Ionics
  • 発表場所: Jeju (Korea)
  • 年月日: 2004-01-09
• [図書] Proceedings of the ASME 2008 6th International Fuel Cell Science, Engineering, Technology Conference. (ASME2008 6th Fuel Cell Science, Engineering, and Technology International Conference) (2008)
  • 著者名/発表者名: F. Iguchi,H. Yugami
  • 総ページ数: 112
  • 出版者: American Society of Mechanical Engineers
• [図書] 電気学会誌, (固体酸化物形燃料電池材料技術の現状, 128巻 6号) (2008)
  • 著者名/発表者名: 劉剄、湯上浩雄
  • 総ページ数: 347-347
• [図書] ナノイオニクス-最新技術とその展望-, (第7章) (2008)
  • 著者名/発表者名: 湯上浩雄
  • 総ページ数: 71-79
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] MGC材料の熱放射特性と熱光起電力発電への応用 (2006)
  • 著者名/発表者名: 湯上浩雄
  • 総ページ数: 44-49
  • 出版者: 金属・アグネ技術センター
• [図書] Physics of Solid State Ionics, (Chapter9) (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Furusawa
  • 総ページ数: 271-302
  • 出版者: Research Signpost