化学ポテンシャル下における機能性酸化物の酸素欠陥とその機械的特性

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20760061
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 一永 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (50422077)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• キーワード: 固体酸化物形燃料電池 / 機能性酸化物 / 酸素不定比性 / 機械的特性 / 電気化学的特性

研究概要

固体酸化物形燃料電池(SOFC)の構成材料である、機能性酸化物材料の欠陥濃度と機械的特性の変化挙動について世界に先駆けて実験的に評価することに成功した。これまで、ドーパントの変化による機械的特性変化については、いくつか行われてきたが、欠陥濃度のみを制御することで評価することは実現不可能だった、本研究では、酸素不定比性を利用することにより、環境変化で欠陥濃度を制御し、弾性特性ならびに破壊強度を系統的に評価した。そのために、酸素濃度をppmオーダーまで制御することができる装置を開発し、温度と酸素濃度を制御した環境で試験を行った。弾性特性は酸素欠陥濃度の上昇に伴い、低下するが破壊強度はほとんど変化しないことがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of Y2O3 addition on the conductivity and elastic modulus of (CeO2)1-x(YO1. 5)x (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Ken Suzuki, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada, Hiroo Yugami, Toshiyuki Hashida, Alan Atkinson, Junichiro Mizusaki
  • 雑誌名: Solid State Ionics 180 ページ: 1220-1225
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design Concept for the High Temperature Photoelectronic Devices Using SrTiO3 (2009)
  • 著者名/発表者名: Fumimasa Horikiri, Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada, Junichiro Mizusaki
  • 雑誌名: Journal of the Electrochemical Society 156(7) ページ: 107-113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic quantities and defect equilibrium in La2-xSrxNiO4+δ (2009)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nakamura, Keiji Yashiro, Kazuhisa Sato, Junichiro Mizusaki
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 182 ページ: 1121-1128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defect structure analysis of B-site doped perovskite-type proton conducting oxide BaCeO3 Part1:The defect concentration of BaCe0. 9M0. 1O3-δ(M=Y and Yb) (2009)
  • 著者名/発表者名: Masatsugu Oishi, Satoshi Akoshima, Keiji Yashiro, Kazuhisa Sato, Junichiro Mizusaki, Tatsuya Kawada
  • 雑誌名: Solid State Ionics 180 ページ: 127-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen nonstoichiometry of the perovskite-type oxides BaCe0. 9M0. 1O3-δ(M:Y, Yb, Sm, Tb, and Nd) (2008)
  • 著者名/発表者名: Masatsugu Oishi, Keiji Yashiro, Kazuhisa Sato, Junichiro Mizusaki, Naoto Kitamura, Koji Amezawa, Tatsuya Kawada, Yoshiharu Uchimoto
  • 雑誌名: Solid State Ionics 179 ページ: 529-535
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defect structure analysis of B-site doped perocskite-type proton conducting oxide BaCeO3 (2008)
  • 著者名/発表者名: Masatsugu Oishi, Satoshi Akoshima, Keiji Yashiro, Kazuhisa Sato, Junichiro Mizusaki, Tatsuya Kawada
  • 雑誌名: Solid State Ionics 179 ページ: 2240-2247
  • 査読あり
• [学会発表] SOFCの信頼性・耐久性向上に向けた機械的解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一永
  • 学会等名: 第77回sofc研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-11-12
• [学会発表] AE法と電気化学的手法を併用した固体酸化物燃料電池の劣化挙動評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一永, 熊田圭吾, 橋田俊之, 水崎純一郎
  • 学会等名: 日本機械学会2009年度年次大会
  • 発表場所: 日本, 盛岡
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] Chemically-induced stress of fuel cell laminate under oxidizing/reducing gradient condition (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Toshiyuki Hashida, Junichiro Mizusaki
  • 学会等名: 17th International Conference on Composite Materials
  • 発表場所: Edinburgh, UK
  • 年月日: 2009-06-29
• [学会発表] Thermal and chemically induced stress of solid oxide fuel cell laminate under oxidizing / reducing gradient condition (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Toshiyuki Hashida, Junichiro Mizusaki
  • 学会等名: 8th International Congress on THERMAL STRESSES
  • 発表場所: Illinois, USA
  • 年月日: 2009-06-03
• [学会発表] SOFCの信頼性評価のための機械的解析(Mechanical analysis for reliability evaluation of SOFC) (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一永, 八代圭司, 井口史匡, 古山通久, 雨澤浩史, 寺田賢二郎, 湯上浩雄, 橋田俊之, 水崎純一郎, 川田達也
  • 学会等名: 第17回SOFC研究発表会
  • 発表場所: 日本, 東京
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] Evaluation Method for Mechanical Performance of Solid Oxide Fuel Cell under Simulated Operating Conditions (2008)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sato, Keiji Yashiro, Tatsuya Kawada, Hiroo Yugami, Toshiyuki Hashida, Junichiro Mizusaki
  • 学会等名: ASME 6th International Fuel Cell Science, Engineering & Technology Conference
  • 発表場所: USA, Denver
  • 年月日: 2008-06-17
• [備考]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/mizusaki/index-j.html
• [産業財産権] 複合金属酸化物およびその製造法、並びにそれを用いた電極材料、電極および固体酸化物形燃料電池 (2009)
  • 発明者名: 水崎純一郎、佐藤一永、八代圭司
  • 権利者名: 水崎純一郎、佐藤一永、八代圭司
  • 産業財産権番号: 特許特願2009-199934
  • 出願年月日: 2009-08-31