| 研究課題/領域番号 |
16F16761
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
森 利之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 上席研究員 (80343854)
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| 研究分担者 |
REDNYK ANDRII 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2016-10-07 – 2019-03-31
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| キーワード | 極微量貴金属酸化物蒸着 / 中温域SOFC / アノード / 活性サイト設計 / 界面欠陥構造 / 蒸着・還元 / 表面欠陥構造シミュレーション / アノード過電圧低下 |
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| 研究実績の概要 |
マグネトロン・スパッタ法を用いて、中温域固体酸化物形燃料電池（SOFC）中のアノード層上に、100ppm (= mg kg-1)前後の極微量Pt族金属酸化物の蒸着と水素還元を行い、これまで難しいとされてきた高活性な3相界面作製のための新規活性サイト創製を行った。本来、Pt族金属は、元素としても類似の性質を示すことが予想されるものの、3価のRh（Rh3+）を極微小量蒸着して得られたアノード内3相界面の電極性能は、2価のPt（Pt2+）を極微小量蒸着して得られたアノード内3相界面の電極性能を大きく上回るとともに、700℃というSOFC動作温度において従来型のサーメット形アノードが示していた活性の約3倍程度の高い活性を示すことを、参照極と電流遮断法を用いたアノード過電圧測定及びカソード過電圧測定結果から確認することができた。
また、その性能安定性を100時間程度、ターフェル領域におけるセル電圧の安定性を基に検討した結果、従来型のサーメット形アノードの性能低下に比しても、十分に高いセル電圧の安定性を示すことも分かった。こうした効果が得られた理由を考察するべく実施した、Ni(111)表面における欠陥構造シミュレーション（Code: GULP、Empirical potential: Buckingham）の結果は、白金族金属カチオン、酸素欠陥（3相界面近傍であることから生じる欠陥）及びNi格子欠陥からなる会合欠陥クラスターからなる界面が、YSZ表面と、3相界面近傍で部分的に酸化したNi表面の間に生じた大きな格子不整合の緩衝層の役割を担い、YSZ表面のみで発生していた水分子生成反応が、部分的に酸化したNi表面上でも起こることで、アノード表面における過剰な過電圧の低下を可能にするという、ユニークな異種界面アノード反応サイトの設計が可能であることを示していた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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