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2012 年度 実績報告書

水素環境誘起ナノ欠陥の材料強度学的評価の体系化と燃料電池の信頼性向上に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 24686017
研究種目

若手研究(A)

研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 一永  東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50422077)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード環境強度
研究概要

固体酸化物燃料電池(SOFC)をはじめとする固体電池を実用化するための最も重要な課題が,機械的信頼性の確保である.そこでボトルネックとなっているセラミックス構成材料に誘起される酸素欠陥の機械的特性に及ぼす影響を評価するため,本年は,主に以下の2つの課題を遂行した.
(1)酸素不定比性およびナノ欠陥密度の酸素濃度依存性の定式化
酸素不定比性と酸素欠損濃度すなわち酸素濃度とナノ欠陥密度の関係に関するデータベースを構築した.過去の文献調査を基にして,元素種毎の酸素不定比性と酸素濃度(酸素圧)の相関関係に関するデータを系統的に整備し,酸素欠陥の材料強度学的キャラクタリゼーションならびにSOFCの構成材料選択のための基礎資料を構築した.それらは,オントロジーを基本とする情報処理技術と有機的に連携した.さらに,第一原理計算に基づく酸素欠損に関する解析を行い,上述の調査および実験的研究を支援するとともに低酸素濃度誘起型のナノ欠陥濃度解析モデルを構成することに成功した.
(2)ナノ欠陥強度特性のキャラクタリゼーション
低酸素濃度下において発生したナノ欠陥がSOFC構成材料の弾性特性ならびに破壊特性に及ぼす影響を明らかにした.このため,セリア系材料を中心に酸素ポテンシャル制御下における材料強度パラメータの実験的評価ならびに第一原理計算に基づくナノ欠陥強度のキャラクタリゼーションに成功した.
以上の結果は,学会発表ならびに論文・著書で公開した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

申請時の研究計画通りに研究は遂行され,また,その成果を素早く論文や著書にまとめることができた.

今後の研究の推進方策

本年度遂行した水素によるナノ欠陥密度と強度の関係について引き続き実験ならびに数値解析を行う.また,実際の電池を作製し,発電試験ならびに破壊試験を行うことで設計に向けた数値解析コードの開発ならびに破壊試験法の確立を目指す.加えて情報処理技術と融合することで膨大なデータの可視化を目指す.

次年度の研究費の使用計画

次年度使用額は,今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額で,平成25年度請求額とあわせ,平成25年度の研究遂行に使用する予定である.

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件)

  • [雑誌論文] SOFCの耐久性.信頼性向上のための構成材料の機械的基礎物性研究2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤一永、渡辺智、雨澤浩史、川田達也、橋田俊之
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 48[3] ページ: 159-164

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 固体酸化物形燃料電池材料の機械的特性の in situ 測定2013

    • 著者名/発表者名
      雨澤浩史,佐藤一永,橋田俊之,川田達也
    • 雑誌名

      熱測定(Netsu Sokutei)

      巻: 40 ページ: 23-29

    • 査読あり

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公開日: 2014-07-16  

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