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2015 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
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 一永  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50422077)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード固体酸化物燃料電池 / 機械・電気・化学連成効果 / ナノ欠陥 / 高信頼性 / 高性能
研究実績の概要

本研究では、主に以下の3つの項目で当初の計画以上の極めて大きな成果を挙げることができた。まず、1つ目として、酸素不定比性ならびにナノ欠陥密度の酸素濃度依存性の定式化に関して実験および分子計算に基づいた欠陥濃度解析モデルの構築に世界に先駆けて成功した。本成果に関しては、Solid State Ionics, Journal of the Electrochemical Society、Journal of Materials Chemistry A等の電気化学・材料科学分野の一流紙に掲載された。また、Journal of Materials Chemistry Aについては2015年のHot Articleに選ばれた。
2点目は、ナノ欠陥強度特性のキャラクタリゼーションに関してはスモールパンチ試験を中心に実験的手法と計算科学手法で明らかにした。本研究成果は、JIS規格(固体酸化物燃料電池セル用セラミックス材料の特性試験方法)の策定に大きく貢献することとなり、Journal of Chemical Physicsやセラミックス等の学術誌で招待論文として掲載された。また、American Ceramics Society、材料学会等で招待講演を行った。
3点目として、発電条件下における機械的・電気的因子の相互作用効果を考慮した数値解析コード開発にも世界に先駆けて成功した。その場観察手法と組み合わせることにより、実験室レベルにとどまらず実機の電池にも応用可能であることが示され、企業への応用展開にも繋げることができた。本成果は、Solid State Ionic誌への掲載や人工知能学会誌への招待論文として掲載された。加えて、人工知能学会および非破壊検査協会では招待・基調講演を行い、当該分野に大きく貢献できる成果を数多く出すことができた。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Multi-nanoparticle model simulations of the porosity effect on sintering processes in Ni/YSZ and Ni/ScSZ by the molecular dynamics method2015

    • 著者名/発表者名
      J. Xu,, S. Bai, Y. Higuchi, N. Ozawa, K. Sato, T. Hashida, M. Kubo
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 3 ページ: 21518-21527

    • DOI

      10.1039/c5ta05575j

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Temperature Strength and Elastic Properties of Doped Ceria under Various Oxygen Partial Pressures Electrolyte Materials, Fabrication and Performance2015

    • 著者名/発表者名
      T.Taguchi, S. Watanabe, K. Sato, T. Hashida
    • 雑誌名

      ECS Trans

      巻: 68 ページ: 375-385

    • 査読あり
  • [学会発表] Mechanical and Thermal Properties of Anode Materials for SOFCs under Redox Cycle Conditions2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuhisa SATO
    • 学会等名
      13th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC): Materials, Science and Technology
    • 発表場所
      USA、デイトナビーチ
    • 年月日
      2016-01-24 – 2016-01-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 燃料電池における高温強度研究の必要性2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤一永
    • 学会等名
      材料学会高温強度部門委員会
    • 発表場所
      米沢、山形大学工学部
    • 年月日
      2015-05-22
    • 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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