低温稼働SOFC用ナノ構造化薄膜セリア系固体電解質の作成と評価

2007 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19310062
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 森 利之 独立行政法人物質・材料研究機構, 燃料電池材料センター, 副センター長 (80343854)
• 研究分担者: FEI Ye 独立行政法人物質・材料研究機構, 燃料電池材料センター, NIMSポスドク研究員 (10450298) ; MING Yan 独立行政法人物質・材料研究機構, 燃料電池材料センター, NIMSポスドク研究員 (70465970)
• キーワード: 薄膜 / 低温稼働 / 燃料電池 / 界面構造 / エコマテリアル

研究概要

本提案課題では、これまで提案者が行ってきた、セリア系バルク固体電解質中の粒内に、従来は、十分にはその存在が知られていなかった「X線回折試験の検出限界以下に埋もれたマイクロドメイン構造が酸化物イオン伝導度を低下させる」という研究成果を発展させ、300-500℃の温度範囲において、高い酸化物イオン伝導度を持つ薄膜セリア系固体電解質材料開発手法を確立することを目的とする。その目的達成のために、薄膜セリア系固体電解質中のナノヘテロ構造を精密に解析し、そのナノ構造の特徴をバルク固体との比較のうえで考察し、伝導機構を理論的に解析することを通して、ナノ組織・構造制御を行い、高性能セリア系薄膜固体電解質の開発に取り組んだ。
薄膜固体電解質内の組織・構造観察にTEM-EELSを用いたところ、従来の電気泳動法を用いて作製した、セリア系薄膜固体電解質は、電極/固体電解質界面近傍に、アノードからのNiの拡散層(0.5ミクロン程度の幅)が観察され、その領域内には、バルク固体中には認められなかったほどの多量の酸素欠陥が秩序化した状態が観察され、あわせて多量のCe^<3+>の発生が確認された。さらに、電極/固体電解質界面から数ミクロン以上はなれた、バルク体内は、焼結体において観察されたと同じような、マイクロドメイン構造が観察された。このような、界面及びバルクのナノレベルの不均一な構造が、これまで薄膜セリア系固体電解質の性能低下につながっていたものと考察し、より均一な界面近傍の組織を作製する目的で、ミストCVD法を利用した薄膜セリア系固体電解質の作製を開始し、緻密膜の作製に成功した。来年度は、こうして緻密化した膜の微細構造と物性の関係についてまとめる予定。

研究成果

• [雑誌論文] Compositional dependence of electrical conductivity of Ce_<1-x>Tb_xO_<2-d>(0=x=1) (2008)
  • 著者名/発表者名: Ye F, Mori T, Ou D R, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: Renewable Energy Vol.33 ページ: 331-335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen-vacancy ordering in lanthanide-doped ceria:dopant-type dependence and structure model (2008)
  • 著者名/発表者名: Ou D R, Mori T, Ye F, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: Physical Review B 77 ページ: 024108-1-024108-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural characterization of Ce_<1-x>Tb_xO_<2-d>(0.60<x<0.90)sintered samples (2008)
  • 著者名/発表者名: Ye F, Mori T, Ou D R, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: Materials Research Bulletin Vol.43(3) ページ: 759-764
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of micro-structure in doped CeO_2 solid electrolytes onconducting properties (2008)
  • 著者名/発表者名: Mori T, Ou D R, Ye F, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: proc. Microscopy and Microanalysis 2007(FortLauderdale, Florida USA, August 5-9, 2007), edited by M.Marko, J.H.Scott, E.Vicenzi, S.Dekanich, J.Frafjord, P.Kotula, S.Mckeman, J.Shields, published by Cambridge University Press, Microscopy and Microanalysis Vol.13(2) ページ: 600-601
• [雑誌論文] Grain growth behavior and conductivity property of Ca doped CeO_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Yan M, Mori T, Ye F, Ou DR, Zou J, Drennan J
  • 雑誌名: proc.24th Japan-Korea International Seminar on Ceramics(Yamaha Resort"Tsumagoi", Kakegawa, Shizuoka, Japan, November 20-22, 2007), edited by Akio Kato and Toshio Ogawa, published by the organizing committee of the 24th international Japan-Korea seminar on ページ: 647-650
  • 査読あり