ナノイオニクス構造高機能固体酸化物燃料電池の創製

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16079204
• 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: 水崎 純一郎 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90092345)
• 研究分担者: 橋田 俊之 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (40180814) ; 八代 圭司 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (20323107) ; 佐藤 一永 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (50422077)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2008
• キーワード: 固体酸化物燃料電池 / 固体電解質系電極反応機構 / 機械的安定性 / 膜形成と物性 / 応力と物性 / 多層膜破壊計測制御 / アコースティックエミッション / その場計測

研究概要

物質の構造を100万から1000万分の1センチメートルという細かな領域で設計制御をすることにより,新しい機能を持つ機器を作り出そうといのかナノテクノロジーである。本研究は,このナノテクの考え方が,固体内をイオンが動くイオン伝導体の世界,とくに高温で作動する燃料電池の技術にどのように関わるかの解明を目指した。ナノ構造が高温で安定に保持できる条件が明らかになり,高機能小型燃料電池の基盤が確立された。

研究成果

• [雑誌論文] Electrical Properties of Nb-Doped SrTiO3 Ceramics with Excess TiO2 for SOFC Anodes and Interconnects (2008)
  • 著者名/発表者名: Fumimasa Horikiri, LiQun Han, Naofumi Iizawa, Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusak
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 155(1) ページ: B16-B20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical Behaviors of Mixed Conducting Oxide Anodes for Solid Oxide Fuel Cell (2008)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nakamura, Tsuneyuki Kobayashi, Keiji Yashiro, Atsushi Kaimai, Takanori Otake, Kazuhisa Sato, Junichiro Mizusaki, Tatsuya Kawada
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 155(6) ページ: B563-B569
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Oxygen Surface Exchange at the Hetero - interface of (La,Sr)CoO3 / (La,Sr)2CoO4 with PLD-Layered Films (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Sase, F.Hermes, K.Yashiro, K.Sato, J.Mizusaki, T.Kawada, N.Sakai, H.Yokokawa
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 155(8) ページ: B793-B797
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of oxygen exchange at the hetero interface of (La,Sr)CoO3/(La,Sr)2CoO4 in composite ceramics (2008)
  • 著者名/発表者名: Maya Sase, Keiji Yashiro, Kazuhisa Sato,Junichiro Mizusaki,Tatsuya Kawada, Natsuko Sakai,Katsuhiko Yamaji, Teruhisa Horita, Harumi Yokokawa
  • 雑誌名: Solid State Ionics 178 ページ: 1843-1852
  • 査読あり
• [雑誌論文] 固体酸化物燃料電池の損傷に及ぼす化学膨張の影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一永,八代圭司,橋田俊之,川田達也,湯上浩雄,水崎純一郎
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 74(737) ページ: 68-74
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen nonstoichiometry and defect structure analysis of B-site mixed perovskite-type oxide (La,Sr)(Cr,M)O_<3-δ> (M=Ti, Mn and Fe) (2008)
  • 著者名/発表者名: Masatsugu Oishi, Keiji Yashiro, Kazuhisa Sato, Junichiro Mizusaki, Tatsuya Kawada
  • 雑誌名: J. Solid State Chem 181 ページ: 3177-3184
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical Properties of Ceria Based Oxygen Ionic Conductors for SOFC (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroo Yugami, Fumitada Iguchi, Kazuhisa Sato, Toshiyuki Hashida
  • 雑誌名: Proc. Fuel Cell 2008 6th International Fuel Cell Science, Engineering & Technology Conference Fuel Cell 2008-65206 ページ: 1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Junichiro Mizusaki Oxygen nonstoichiometry of B-site doped LaCrO3 (2007)
  • 著者名/発表者名: Masatsugu Oishi, Keiji Yashiro, Jeong-Oh Hong, Yutaka Nigara, Tatsuya Kawada
  • 雑誌名: Solid State Ionics 178 ページ: 307-312
  • 査読あり
• [雑誌論文] 固体酸化物燃料電池における破壊ダイナミクスの可視化法 (2007)
  • 著者名/発表者名: 福井健一, 佐藤一永, 水崎純一郎, 斉藤和己, 沼尾正行
  • 雑誌名: 情報科学技術レターズ 6 ページ: 5-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] 雰囲気制御高温微重量天秤による金属酸化物の酸素不定比量の精密測定法 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大石昌嗣,八代圭司,水崎純一郎
  • 雑誌名: 熱測定 解説 34(5) ページ: 2 06-213
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrode Performance at Hetero-interface of Perovskite-related Oxides, (La, Sr)CoO3-d / (La, Sr)2CoO4-d (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Yashiro, T. Nakamura, M. Sase, F. Hermes, K. Sato, T. Kawada, J. Mizusaki
  • 雑誌名: Electrochemical Society transactions 7(1) ページ: 1287-1292
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural Changes of Ni/YSZ Cermet under Repeated Redox Reaction in Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakagawa, K. Yashiro, K. Sato, T. Kawada, J. Mizusaki
  • 雑誌名: Electrochemical Society transactions 7(1) ページ: 1373-1380
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Properties of Nb-Doped SrTiO3 Ceramics with Excess TiO2 for Anodes and Interconnects of SOFCs (2007)
  • 著者名/発表者名: Fumimasa Horikiri, Li Qun Han, Naofumi Iizawa, Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusaki
  • 雑誌名: Electrochemical Society transactions 7(1) ページ: 1639-1644
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reliability Evaluation of SOFC under Simulated Operating Condition (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, N. Imanaka, K. Fukui, M. Numao, S. Kyotani, K. Yashiro, T. Kawada, T. Hashida, J. Mizusaki
  • 雑誌名: Electrochemical Society transactions 7(1) ページ: 455-458
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Concept of Chemical Potential Pumping Effect of Nonstoichiometric Oxides and the Nox Sensing Mechanism of the Perovskite-Type La0.5Sr0.5FeO3 (2006)
  • 著者名/発表者名: J. Mizusaki, H. Ohama, K. Yashiro, T. Kawada
  • 雑誌名: Electrochemistry 74(12) ページ: 949-955
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tracking the onset of damage mechanism in ceria-based solid oxide fuel cells under simulated operating conditions (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, H. Omura, T. Hashida, K. Yashiro, H. Yugami, T. Kawada, J. Mizusaki
  • 雑誌名: Journal of Testing and Evaluation 34(3) ページ: 246-250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonstoichimetry of the perovskite-type solid solution La0.9Ca0.1Cr1-yAlyO3-d (2006)
  • 著者名/発表者名: J. Mizusaki, M. Hasegawa, K. Yashiro, H. Matsumoto, T. kawada
  • 雑誌名: Solid State Ionics 177 ページ: 1925-1928
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrode reaction and microstructure of La0.6Sr0.4CoO3-d thin films (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Sase, J. Suzuki, K. Yashiro, T. Otake, A. Kaimai, T. Kawada, J. Mizusaki, H. Yugami
  • 雑誌名: Solid State Ionics 177 ページ: 1961-1964
  • 査読あり
• [雑誌論文] The influence of grain boundary on the conductivity of donor doped SrTiO3 (2006)
  • 著者名/発表者名: F. Horikiri, L. Q. Han, A. Kaimai, T. Otake, K. Yashiro, T. Kawada, J. Mizusaki
  • 雑誌名: Solid State Ionics 177 ページ: 2555-2559
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charactaristics of Damage and Fracture Process of Solid Oxide Fuel Cells UnderSimulated Operating Conditions by Using AE Method (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, T.Hashida, H.Yugami, K.Yashiro, T.Kawada, J.Mizusaki
  • 雑誌名: The Japanese Society for NDI, Progress in Acoustic Emission XIII ページ: 269-276
  • 査読あり
• [雑誌論文] 銅系ペロブスカイト関連化合物の高温物性と機能 -特に2-1-4系La2-xSrxCuO4-dについて- (2006)
  • 著者名/発表者名: 水崎純一郎
  • 雑誌名: セラミックス 41(3) ページ: 189-194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical Damage Evaluation of Solid Oxide Fuel Cells under Simulated Operationing Conditions (2005)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Toshiyuki Hashida, Keiji Yashiro, Hiroo Yugami, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusaki
  • 雑誌名: J. Ceram. Soc. Jpn 113(8) ページ: 562-564
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic chemical potential shift on the surface of nonstoichiometric oxides under non-equilibrium gas atmosphere (2005)
  • 著者名/発表者名: Keiji Yashiro, Shigenori Onuma, Maya Sase, Atsushi Kaimai, Takanori Otake, Hiroshige Matsumoto, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusaki
  • 雑誌名: Solid State Ionics 176 (31-34) ページ: 2411-2416
  • 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] (CeO2)1-x (SmO1.5)x電解質を用いた積層型燃料電池単セルの破壊挙動の評価に関する研究 (2005)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一永, 橋田俊之, 八代圭司, 湯上浩雄, 川田達也, 水崎純一郎
  • 雑誌名: 粉末および粉末冶金 52(11) ページ: 836-839
  • 査読あり
• [雑誌論文] (CeO2)1-x (YO1.5)xの合成と弾性特性の評価に関する研究 (2005)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一永, 橋田俊之, 鈴木研, 湯上浩雄, 川田達也, 水崎純一郎
  • 雑誌名: 粉末および粉末冶金 52(11) ページ: 840-844
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical properties and defect structure of niobia-doped ceria (2004)
  • 著者名/発表者名: K. Yashiro, T. Suzuki, A. Kaimai, H. Matsumoto, Y. Nigara, T. Kawada, J. Mizusaki, J. Sfeir, J. Van herle
  • 雑誌名: Solid State Ionics 175(1-4) ページ: 341-344
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ XRD study on oxygen-excess LaMnO3 (2004)
  • 著者名/発表者名: S. Miyoshi, A. Kaimai, H. Matsumoto, K. Yashiro, Y. Nigara, T. Kawada, J. Mizusaki
  • 雑誌名: Solid State Ionics 175(1-4) ページ: 383-386
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical stability of La1 xSrxCrO3 in oxidizing atmospheres (2004)
  • 著者名/発表者名: Shogo Miyoshi, Shigenori Onuma, Atsushi Kaimai, Hiroshige Matsumoto, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusaki, and Harumi Yokokawa
  • 雑誌名: J. Solid State Chem 177(11) ページ: 4112-4118
  • 査読あり
• [学会発表] セラミックス電解質・電極材料の導電性と応力場 : 特に安定化ジルコニアとカソード酸化物材料について (2008)
  • 著者名/発表者名: 泉徹, 他
  • 学会等名: 第17回SOFC研究発表会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20081218-19
• [学会発表] バトラーボルマー式の再検証 : 電荷移動律速と化学反応律速 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水崎純一郎
  • 学会等名: 第34回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20081203-05
• [学会発表] 欠陥化学に基づくSrTiO3を用いた高温電子・光デバイスの設計指針 (2008)
  • 著者名/発表者名: 堀切文正, 他
  • 学会等名: 第34回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20081203-05
• [学会発表] 水素-水蒸気雰囲気下における白金-Y添加BaCdO3界面の電極反応過程 (2008)
  • 著者名/発表者名: 阿子島聡志, 他
  • 学会等名: 第34回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20081203-05
• [学会発表] Reaction kinetics and electrochemical stress of SOFC gas electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Mizusaki, 他
  • 学会等名: 2008 KOREA-JAPAN-CHINA SOFC SYMPOSIUM
  • 発表場所: KOREA, POHANG
  • 年月日: 20080917-20
• [学会発表] 固体酸化物燃料電池用セラミックスの機械的特性に及ぼす還元処理の影響に関する研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 武山陽平, 他
  • 学会等名: M&M 2008 材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 滋賀
  • 年月日: 20080916-18
• [学会発表] Carbon deposition and electrochemical reaction of anode for SOFC in methane containing atmosphere (2008)
  • 著者名/発表者名: K.YASHIRO, 他
  • 学会等名: Gordon Research Conferences, HIGH TEMPERATURE MATERIALS, PROCESSES & DIAGNOSTICS
  • 発表場所: USA, Waterville
  • 年月日: 20080720-25
• [学会発表] Evaluation Method for Mechanical Performance of Solid Oxide Fuel Cell under Simulated Operating Conditions (2008)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, 他
  • 学会等名: ASME 6th International Fuel Cell Science, Engineering & Technology Conference
  • 発表場所: USA, Denver
  • 年月日: 20080616-18
• [学会発表] n型チタン酸ストロンチウムのショットキー界面を用いたデバイスの検討 (2008)
  • 著者名/発表者名: 堀切文正, 他
  • 学会等名: 第46回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20080110-11
• [学会発表] Nanosize and Interfacial Effects in Nanoionics Materials (2008)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Mizusaki
  • 学会等名: Workshop on Thermodynamics of Nanostructured Materials and Materials under Exotic and Unusual Conditions
  • 発表場所: Japan, Tokyo
  • 年月日: 2008-08-11
• [学会発表] n型SrTiO3単結晶を用いた高温ショットキーデバイスにおける障壁形成メカニズム (2008)
  • 著者名/発表者名: 堀切文正, 他
  • 学会等名: 電気化学会第75回大会
  • 発表場所: 甲府
  • 年月日: 2008-03-30
• [学会発表] 環境制御SEMによる固体酸化物燃料電池燃料極の微細構造評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 八代圭司, 他
  • 学会等名: 電気化学会第75回大会
  • 発表場所: 甲府
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] 固体酸化物形燃料電池のメタン使用時の炭素析出と燃料極反応 (2008)
  • 著者名/発表者名: 八代圭司, 他
  • 学会等名: 電気化学会第75回大会
  • 発表場所: 甲府
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] In Situ Evalution of Reliability on SOFC Electrodes under Operating Condition (2008)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato
  • 学会等名: International Workshop on Irregular Porous Materials in Fuel Cells
  • 発表場所: Japan, Sendai
  • 年月日: 2008-02-21
• [学会発表] 高温導電性酸化物La1-xSrxCoO3-d薄膜における電子物性と酸素不定比性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 水崎純一郎, 他
  • 学会等名: 第33回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20071206-08
• [学会発表] Nonstoichiometry, Conductivity, and Defect Equilibrium of BaCe0.9(Nd or Y)0.1O3 and Some Other Proton Conducting Perovskite-Type Oxide (2007)
  • 著者名/発表者名: J.Mizusaki, 他
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2007 Conference and Exhibition
  • 発表場所: America, Detroit
  • 年月日: 20070916-20
• [学会発表] Determinant Factors for Kinetics and Reaction Path of Perovskite-Type Oxide Cathodes (2007)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Mizusaki
  • 学会等名: The First China-Japan Workshop on Solid Oxide Fuel Cells
  • 発表場所: China
  • 年月日: 20070706-09
• [学会発表] DEFECT EQUILIBRIUM AND ELECTRON TRANSPORT IN THE BULK OF SINGLE CRYSTAL SrTi1-xNbxO3(x=0.01, 0.001, 0.0002) (2007)
  • 著者名/発表者名: Fumimasa Horikiri, 他
  • 学会等名: 16th International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: China, Shanghai
  • 年月日: 20070701-06
• [学会発表] DETERMINATION OF THE REACTION AREA IN GADOLINIA-DOPED CERIA ANODE FOR SOFC BY ELECTROCHEMICAL MEASUREMENTS (2007)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nakamura, 他
  • 学会等名: 16th International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: China, Shanghai
  • 年月日: 20070701-06
• [学会発表] IN-SITU OBSERVATION OF Ni/ZIRCONIA ANODE FOR SOFC UNDER HYDROCARBON ATMOSPHERE (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Takase, 他
  • 学会等名: 16th International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: China, Shanghai
  • 年月日: 20070701-06
• [学会発表] OXYGEN NONSTOICHIOMETRY AND DEFECT STRUCTURE OF THE PEROVSKITE-TYPE OXIDES BaCe0.9M0.1O3-d(M=Y, Yb, Nd, Tb, and Sm) (2007)
  • 著者名/発表者名: Masatsugu Oishi, Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusaki
  • 学会等名: 16th International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: China, Shanghai
  • 年月日: 20070701-06
• [学会発表] Compositional Effects on Sol-Gel Prepared Nano-Sized NiO-YSZ Composite (2007)
  • 著者名/発表者名: G. J. Park, 他
  • 学会等名: 第44回セラミックス基礎討論会国際セッション
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20070122-23
• [学会発表] ナノ構造化による高温プロトン導電体の導電挙動への影響 (2005)
  • 著者名/発表者名: 井坂真也, 他
  • 学会等名: 2005年電気化学会秋季大会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 20050908-09
• [図書] ナノイオニクス-最新技術とその展望-, (5章ナノイオニクス構造高機能固体酸化物形燃料電池の創製) (2008)
  • 著者名/発表者名: 水崎純一郎, (共著)
  • 総ページ数: 216-228
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] The 21st Century COE Program International COE of Flow Dynamics Lecture Series Volume 9, Nano-Mega Scale Flow Dynamics in Energy Systems, Chapter 2. Nano-Scale Energy and Mass Transport Phenomena Involved in Fuel Cell Processes (2008)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Mizusaki, Keiji Yashiro, (共著)
  • 総ページ数: 39-78
  • 出版者: 東北大学出版会
• [図書] ナノコンポジットマテリアル, (5章ナノコンポジットセラミクスの応用 1.ナノ燃料電池) (2005)
  • 著者名/発表者名: 水崎純一郎, (共著)
  • 総ページ数: 227-232
  • 出版者: フロンティア出版
• [備考]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/mizusaki/