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2021年度はLSMの伝導率および触媒活性がLSM/YSZナノコンポジットカソードにおけるORR活性に及ぼす影響を明らかにするため、LSMのSr置換量が異なるLSM/YSZナノコンポジットカソードを作製した。ここでは、Sr置換量Xはこれまで検討してきた0.2に加えて0.4を選択した。合成に用いる出発原料のカチオンの物質量比を量論組成に応じて変化させることにより、La2Zr2O7やSrZrO3といった異相を形成することなくSr置換量の異なるLSM/YSZが得られた。
得られたナノコンポジットを、X＝0.2の試料で最適な焼成条件であった1100℃でYSZ上に焼き付けたところ、粒子径はSr置換量にほとんど依存しない一方、緻密化はSr置換量の増加により促進されることが明らかとなった。これらのORR活性を評価したところ、X＝0.4の方がX＝0.2に比べて僅かにORR活性が高く、X＝0.4における電極の緻密化の影響を考慮すると、Sr置換量の増加によりORR活性が向上することが示唆された。このことは、Sr置換量に伴うLSMの伝導率の向上により、より多くの反応場がORRに寄与することができるようになったためだと考えられる。
次に、X＝0.4における最適な焼成条件を調査したところ、Ｘ＝0.2よりも低温の1050℃で焼成した場合に最も高いORR活性を示すことを突き止めた。また、そのORR活性はX＝0.2に比べて高く、特に、酸素の解離吸着および吸着原子の表面拡散の寄与の低減が著しいことが強く示唆された。
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