ガドリニウム添加セリアナノ粒子の合成とそのスピンコーティングによる電解質膜の作製

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22360331
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 反応工学・プロセスシステム
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 足立 元明 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40100177)
• 研究分担者: 津久井 茂樹 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (40207353) ; 木下 卓也 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助教 (90453141)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 固体酸化物燃料電池 / ナノ粒子 / 電解質膜 / 噴霧熱分解 / 多孔質粒子 / 燃料極 / 空気極

研究概要

固体酸化物燃料電池の作動温度の低温化を目指し、申請者らが開発したカーボンナノ粒子添加噴霧熱分解法で合成したGdCeO系多孔質サブミクロン粒子（電解質材料）と、本研究の過程で新しく開発したクエン酸添加噴霧熱分解法によりNi-GdCeO系（燃料極材料）およびLaCaMnO系（空気極材料）多孔質サブミクロンを合成した。GdCeO系サブミクロン粒子は液相中で簡単に破砕され、高濃度ナノ粒子縣濁液が調整できた。また、Ni-GdCeO系およびLaCaMnO系サブミクロン粒子は高い機械的強度をもつ多孔質粒子であった。これら粒子および縣濁液を用いてユニットセルを試作し、電極・電解質膜の電気特性を評価した。

研究成果

• [雑誌論文] Influence of Thin Films Structure of Gd_<0.5>Sr_<0.5>CoO_3 Cathode on Impedance Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Mukai, S. Tsukui, K. Yoshida, M. Adachi and K. C. Goretta
  • 雑誌名: ECS Trans. 巻: 57 ページ: 1885-1891
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Y 2 O 3 -Doped Zirconia/ Gadolinia-Doped Ceria Bilayer Electrolyte Thin Film SOFC Cells of SOFCs by Single-Pulsed Laser Deposition Processing (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Mukai, S. Tsukui, K. Yoshida, S. Yamaguchi, R. Hatayama, M. Adachi, H. Ishibashi, Y. Kakehi, K. Satoh, T. Kusaka and K. C. Goretta
  • 雑誌名: J. Fuel Cell Sci. Technol. 巻: 10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling of particle generation in laser ablation plasma (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda, S. Kaihara, Y. Fujii, T. Kinoshita, M. Adachi
  • 雑誌名: Journal of Aerosol Science 巻: 50 ページ: 38-56
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of cobalt nanoparticle and fabrication of magnetroresistance devices by ion-assisted aerosol generation method (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Shirai, T. Kinoshita and M. Adachi
  • 雑誌名: Aerosol Science and Technology 巻: 45 ページ: 1240-1244
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical and experimental evaluation of a mixing-type bipolar charger using corona- discharge at high pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kimoto, K. Mizota and M. Adcahi
  • 雑誌名: Journal of Chemical Engineering of Japan 巻: 44 ページ: 535-545
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Small Mixing-Type Unipolar Charger (SMUC) for Nanoparticles (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kinoto, K. Saiki, M. Kanamaru and M.Adachi
  • 雑誌名: Aerosol Science and Technology 巻: 44 ページ: 872-880
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Gd_<0.5>Sr_<0.5>CoO_3 Film for SOFC Cathode by Pulsed Laser Deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Otani, S. Tsukui, K. Yoshida, Y. Umezaki, T. Mukai
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: 180 ページ: 1667-1671
  • 査読あり
• [雑誌論文] Patterning and Formation of SiO 2 Nanoparticles on a Substrate by Electrically Attracting of Cluster Ions (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shirai, T. Kinoshita, M. Adachi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 48 ページ: 070216-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aerosol Charge Neutralization by a Mixing-Type Bipolar Charger using Corona Discharge at High Pressure (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kimoto, K. Mizota, M. Kanamaru, H. Okuda, D. Okuda, M. Adachi
  • 雑誌名: Aerosol Science and Technology 巻: 43 ページ: 872-880
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of porous ubmicron Gd_<0.1>Ce_<0.9>O_<1.95> particles by carbon nanoparticle-addition ultrasonic spray pyrolysis (CNA-USP) and nanoparticle preparation by their ball milling
  • 著者名/発表者名: T. Kinoshita, A. Arastoo, M. Adachi
  • 雑誌名: Aerosol Sci. Technol. 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Porous particle synthesis for SOFC anode and cathode materials by citric acid-addition ultrasonic spray pyrolysis (CA-USP)
  • 著者名/発表者名: T. Kinoshita, A. Arastoo, M. Adachi
  • 雑誌名: Aerosol Sci. Technol. 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] カーボンナノ粒子添加超音波噴霧熱分解法による多孔質Gd_<0.1>Ce_<0.9>O_<1.95>サブミクロン粒子の合成に与える原料溶液の pHの影響
  • 著者名/発表者名: 平岡靖教, 木下卓也, 足立元明
  • 雑誌名: エアロゾル研究 巻: (掲載決定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Submicron particle synthesis of solid oxide fule cell materials by ultrasonic spray pyrolysis
  • 著者名/発表者名: T. Kinoshita and M. Adachi
  • 雑誌名: J. Chem. Eng. Jpn. 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [学会発表] PLD法を用いたSOFC用YSZ電解質の高速成膜化の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 向井健人, 津久井茂樹, 吉田健一, 藤田雄大, 足立元明
  • 学会等名: 化学工学会第79年会
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 20140318-20
• [学会発表] Synthesis of porous particles with optimum structuresas the SOFC anode, cathode and electrolyte materials by carbon-addition ultrasonic spray (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Arastoo, T. Kinoshita and M. Adachi
  • 学会等名: 8th Asian Aerosol Conference
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 年月日: 20131202-05
• [学会発表] SOFCにおけるGd_<0.5>Sr_<0.5>CoO_3酸素極薄膜の特性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 向井健人, 津久井茂樹, 吉田健一, 藤田雄大, 足立元明
  • 学会等名: 化学工学会第45回秋季大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 20130916-18
• [学会発表] カーボンナノ粒子添加噴霧熱分解法による固体酸化物燃料電池材料粒子の合成に与えるアンモニア添加の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平岡靖教, 木下卓也, 足立元明
  • 学会等名: 第30回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20130827-29
• [学会発表] 炭素源噴霧熱分解法が拓く固体酸化物型燃料電池の未来 (2013)
  • 著者名/発表者名: アラスト・アミルレザ, 吉田俊幸, 木下卓也, 足立元明
  • 学会等名: 第30回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20130827-29
• [学会発表] 炭素源噴霧熱分解法によるSOFC材料粒子の構造制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木下卓也, アラスト・アミルレザ, 足立元明
  • 学会等名: 粉体工学会第49回夏期シンポジウム「粉体による材料微罪構造創成とその新展開-多様な構造制御による新材料創出に向けて-」
  • 発表場所: 山中湖
  • 年月日: 20130717-18
• [学会発表] Correlation of crystallinity of SOFC electrolyte and output power (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Mukai, S. Tsukui, M. Adachi, H. Ishibashi, K. Yoshida, R. Hatayama, Y. Kakehi, K. Satou and T. Kusaka
  • 学会等名: 223rd ECS Meeting
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 年月日: 20130512-16
• [学会発表] SOFCにおける電解質の結晶性と出力の相関 (2013)
  • 著者名/発表者名: 向井 健人, 畠山 領, 津久井茂樹, 吉田 健一, 足立 元明, 石橋 広記, 筧芳治, 佐藤 和郎, 日下 忠興
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20130317-19
• [学会発表] Nanoparticle synthesis for the SOFC electrolyte materials by carbon nanoparticle-addition ultrasonic spray pyrolysis (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Arastoo, T. Kinoshita, M. Adachi
  • 学会等名: The first China-Japan Aerosol Symposium
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 年月日: 20120928-29
• [学会発表] カーボン添加噴霧熱分解法によるSOFC材料ナノ粒子の合成 (2012)
  • 著者名/発表者名: アラスト アミルレザ, 木下卓也, 足立元明
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20120919-21
• [学会発表] 二次イオン質量分析法を用いたSOFC電解質内部の酸素イオン拡散解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 畠山領, 梅崎友矢, 向井健人, 津久井茂樹, 足立元明, 井手拓哉, 多根正和, 中嶋英雄
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20120919-21
• [学会発表] SOFC電解質の結晶性と出力の相関 (2012)
  • 著者名/発表者名: 向井 健人, 畠山 領, 津久井茂樹, 吉田 健一, 足立 元明, 石橋 広記, 筧芳治, 佐藤 和郎, 日下 忠興
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20120919-21
• [学会発表] Fabrication and Evaluation of Solid Oxide Fuel Cells with Double Electrolyte for Operating at Low Temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Mukai, S. Tsukui, M. Adachi, K. Yoshida, H. Ishibashi, R. Hatayama, S. Yamaguchi, Y. Kakehi, K. Satou, T. Kusaka
  • 学会等名: 221st Electrochemical Society meeting
  • 発表場所: S eattle, USA
  • 年月日: 20120506-10
• [学会発表] Synthesis of Gd_<0.1>Ce_<0.9>O_<1.95> nanoparticle for solid oxide fuel cell electrolyte by carbon nanoparticles addition-spray pyrolysis (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshida, T.Kinoshita, M.Adachi
  • 学会等名: 6th Asia Pacific Chemical Reaction Engineering Symposium (APCRE2011)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20110918-21
• [学会発表] カーボンナノ粒子添加超音波噴霧熱分解法による燃料電池電解質粒子材料の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田俊幸, 佐藤圭志, 木下卓也, 足立元明
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20110914-16
• [学会発表] PLD法を用いた二重電解質SOFCの作製と評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 向井健人, 大谷昌司, 梅崎友矢, 山口真平, 畠山 領, 津久井茂樹, 吉田健一, 足立元明
  • 学会等名: 材料化学システム工学討論会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101204-05
• [学会発表] 固体酸化物燃料電池(SOFC)内部の定常3次元熱解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山口真平, 津久井茂樹, 足立元明
  • 学会等名: 材料化学システム工学討論会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101204-05
• [学会発表] PLD法を用いたSOFC酸素極薄膜の作製と評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 畠山 領, 大谷昌司, 梅崎友矢, 向井健人, 津久井茂樹, 足立元明
  • 学会等名: 材料化学システム工学討論会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20101204-05
• [学会発表] 固体酸化物形燃料電池における酸素移動の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梅崎友矢, 大谷昌司, 向井健人, 津久井茂樹, 足立元明
  • 学会等名: 第3回化学工学3支部合同徳島大会
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 20101023-24
• [学会発表] PLD法によるLSCO酸素極薄膜の作製と評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 畠山 領, 大谷昌司, 梅崎友矢, 向井健人, 津久井茂樹, 足立元明
  • 学会等名: 第3回化学工学3支部合同徳島大会
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 20101023-24
• [学会発表] Synthesis of hexagonal M-type ferrite nanoparticles by ultrasonic spray pyrolysis (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Chikada, T. Kinoshita and M. Adachi
  • 学会等名: 13th Asia Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 20101005-08
• [学会発表] カーボンナノ粒子添加超音波噴霧熱分解法による燃料電池粒子材料の合成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田俊幸, 木下卓也, 足立元明
  • 学会等名: 化学工学会第42回秋季大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20100906-09
• [学会発表] カーボンナノ粒子添加噴霧熱分解法によるフェライトナノ粒子の合成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 近田吏由壱, 木下卓也, 足立元明
  • 学会等名: 化学工学会第42回秋季大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20100906-09
• [学会発表] PLD法によるYSZ基板上のSOFC用電極薄膜の作製と評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大谷昌司, 梅崎友矢, 向井健人, 吉田健一, 津久井茂樹, 足立元明
  • 学会等名: 化学工学会第42回秋季大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20100906-09
• [学会発表] PLD法による二重電解質SOFCの作製と評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 向井健人, 大谷昌司, 梅崎友矢, 吉田健一, 津久井茂樹, 足立元明
  • 学会等名: 化学工学会第42回秋季大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20100906-09
• [学会発表] カーボンナノ粒子添加超音波噴霧熱分解法による燃料電池粒子材料の合成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田俊幸, 木下卓也, 足立元明
  • 学会等名: 第27回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20100803-05
• [学会発表] カーボンナノ粒子添加噴霧熱分解法によるフェライトナノ粒子の合成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 近田吏由壱, 木下卓也, 足立元明
  • 学会等名: 第27回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20100803-05
• [学会発表] Electrochemical Characteristics of Thin Film Electrodes of SOFC Grown by PLD (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Otani, S. Tsukui, Y. Umezaki, T. Mukai, K. Yoshida
  • 学会等名: 12th International Conference on Modern Materials and Technologies (CIMTEC2010), 5th Forum on New Materials
  • 発表場所: Montecatini Terme, Italy
  • 年月日: 20100616-18
• [学会発表] 超音波噴霧熱分解法により合成したSrM型フェライト微粒子の磁気特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 木下卓也, 近田吏由壱, 堀田翔吾, 足立元明, 小林義徳
  • 学会等名: 粉体および粉末冶金協会平成23年度春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20100525-27
• [学会発表] Synthesis of gadolinium doped ceria fine particles by ultrasonic spray pyrolysis (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Hotta, T. Kinoshita, M. Adachi
  • 学会等名: 6th ASIAN AEROSOL CONFERENCE
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 20091124-27
• [学会発表] PLD法によるSOFC用高性能酸素極薄膜の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大谷昌司, 梅崎友矢, 吉田健一, 津久井茂樹:
  • 学会等名: 化学工学会第41回秋季大会
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 20090916-18
• [学会発表] 超音波噴霧熱分解法によるガドリニウム添加酸化セリウム微粒子の合成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀田翔吾, 吉田俊幸, 木下卓也, 足立元明
  • 学会等名: 第26回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 20090819-21
• [学会発表] 超音波噴霧熱分解法による六方晶M型フェライトナノ粒子の合成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 近田吏由壱, 堀田翔吾, 木下卓也, 足立元明, 小林義徳
  • 学会等名: 第26回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 20090819-21
• [図書] Generation of Nanoparticles and Its Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Adachi and T. Kinoshita
  • 総ページ数: 1-24
  • 出版者: Nanodroplets (Ed. Z.M. Wang), Springer
• [備考]
  • URL: http://www.chemeng.osakafu-u.ac.jp/group7/kaken_result131010.pdf