| 研究概要 |
燃料電池や電気化学水素分離システムなどの電解質材料として期待されている高温型プロトン伝導体として,既存の酸化物とは異なる,リン酸塩,ホウ酸塩などのオキソ酸塩に着目し,新規材料の探索・創製を行った.まず,オキソ酸塩系材料におけるプロトン伝導現象についてさらに理解を深めることを目的として,研究代表者等がこれまでに研究を行ってきた希土類オルトリン酸塩LnPO_4について,p(O_2),p(H_2O),温度,希土類イオンLn種,添加イオン種・量などの諸条件をコントロールし,それぞれにおいて詳細な材料特性評価を行った.その結果,LnPO_4(Ln=La,Pr,Nd,Sm,Eu)は,Lnの種類によらず,Sr等の二価カチオンでLnの一部を置換することにより,400-1000℃,酸化性から水素還元性雰囲気という幅広い条件において,良好なプロトン伝導性を示すことがわかった.これに対し,CePO_4あるいはCeを含むオルトリン酸塩では,二価カチオンの添加に伴いCe^<3+>の一部がCe^<4+>に酸化されるため,プロトンとホールによる混合伝導性を示すことが明らかとなった.またLnPO_4について得られた知見をもとに,母体材料を希土類オルトホウ酸塩LnBO_3や希土類メタリン酸塩LnP_3O_9へと展開し,電気伝導特性の評価を行った.その結果,LnBO_3(Ln=La,Pr,Nd,Sm)やLnP_3O_9(Ln=La,Pr,Nd,Sm)が,LnPO_4と同様,二価カチオンでLnの一部を置換することにより,前者は400-1000℃,後者は300-700℃において支配的なプロトン伝導性を示すことがわかった.特に,LnP_3O_9を母体とした材料は,LnPO_4やLnBO_3に比べて約一桁高い導電率を有し,また比較的低いp(H_20)条件下においてもプロトン伝導性が劣化しない,興味深い材料であることがわかった.
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