2021 年度研究成果報告書

格子間酸素移動型イオニクスデバイスにおける固／固界面イオン移動

研究課題

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研究課題/領域番号	18K05278
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
研究機関	兵庫県立大学
研究代表者	嶺重温兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00285339)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード	イオン伝導体 / 燃料電池 / 界面インピーダンス
研究成果の概要	本研究課題では、固体酸化物燃料電池などの酸化物イオニクスデバイスにおける電極／電解質界面のイオン移動に焦点を当て、その抵抗の支配因子解明を目指した。そこで、酸素空孔型、過剰型の電極／電解質界面を有するセルの構築と抵抗測定を実施した。La2NiO4系電極／CeO2系電解質界面に着目したところ、固／固界面イオン移動を阻害する界面層の形成のない良好な界面が形成できた。インピーダンスプロットでは電解質の粒内、粒界抵抗、界面イオン移動抵抗、電極内イオン拡散抵抗、ならびに電荷移動抵抗の直列回路に対応する応答が見られた。伝送線モデルを適用することで抵抗分離が可能となり、各抵抗を正確に評価することができた。
自由記述の分野	エネルギー材料化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	近年、持続可能な社会の構築が強く望まれており、カーボンニュートラルに資するさまざまなエネルギー変換デバイスの開発が広く行われている。環境にやさしいエネルギー変換が可能なデバイスとして、固体酸化物を用いた燃料電池あるいは水素生成を行う固体酸化物セル（SOC）が注目されている。高効率SOCを得るには、セルのさまざまな内部抵抗を如何に低減するかが重要である。中でも、酸素極の分極抵抗の抑制は重要な課題である。本研究では、CeO2系材料を電解質に、La2NiO4系材料を酸素極に用いた界面におけるイオン移動特性をインピーダンス応答の伝送線モデル解析を実施して評価し、各イオン抵抗の正確な分離に成功した。