| 研究課題/領域番号 |
25709072
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| 研究機関 | 宮崎大学 |
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研究代表者 |
奥山 勇治 宮崎大学, テニュアトラック推進機構, 准教授 (80613281)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | プロトン伝導体 / プロトン溶解 / 電気伝導度 / 異種元素置換 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では酸化物プロトン伝導体の局所構造変化が与えるプロトン溶解及び電気伝導度への影響を調べるため、SrCe0.9-xZrxY0.1O3-δにおいてCeとZrの置換比に対するプロトン溶解量と導電率を調べると共にラマンスペクトル分光により局所構造を検討した。ラマンスペクトルはCeサイトにZrを置換することで高波数側にシフトすることがわかった。これはCeよりも小さなZrが置換することで周りの酸素八面体が収縮し結合距離が短くなると共に結合強度が増加したためである。また、ラマンスペクトルの半値幅はCeとZrが混合した際にブロードとなった。これは酸素八面体の対称性が減少したことによるものである。プロトンの溶解量はCeとZrを混合した状態で最も高いことから酸素八面体の対称性の減少が高いプロトン溶解量を導く要因であることが本研究から示唆された。
さらに研究実施計画に基づき合成条件によってLa0.9Ba0.1YbO3-δプロトン伝導体へ局所構造変化を与え、その際のプロトン溶解量の変化を調べた。硝酸塩を出発物質とした液相合成法では得られた前駆体から酸化物を作製する際のH2O分圧を制御して熱処理を行ったが合成した試料のプロトン溶解量に著しい変化は見られなかった。一方、低温でLa0.9Ba0.1YbO3-δを合成した際に、ラマンスペクトルがブロードとなり、その際に乾燥雰囲気と湿潤雰囲気との重量変化が増大する傾向が見られた。この増加はバルク内へのプロトン溶解量の増加もしくは表面状態の変化により吸着水量の増加が予想され、今後の更なる検討が必要である。
金属ナノ粒子分散による局所応力負荷の効果を調べるため、La0.9Ba0.1YbO3-δにPtを固溶させ、水素還元処理により析出させた際の導電率変化を調べが、Ptを添加していないものよりも導電率が低く、プロトン溶解量がPtの添加により減少することが分った。
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| 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
研究計画書に基づき研究は遂行できた。局所構造を変化させるために合成法、合成温度の検討を行うと共に金属ナノ粒子分散の効果も計画に従って調べることができた。さらに最終年度に計画していたプロトン伝導体を用いた燃料電池についても一部着手ができた。一方で水素ポンプによる精密水素ポテンシャル制御による合成やフラックス法による合成など一部、次年度に繰り越した検討項目があるため上記の評価とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究最終年度にあたる2015年度は前年度までの研究成果を踏まえて高いプロトン伝導性を有する酸化物の合成及び添加元素の組み合わせを調べると共に研究計画に従い化学的安定性を有したプロトンセラミック燃料電池への応用研究を行う。さらに局所構造変化を検討するためにラマン分析をこれまで行ってきたがESR測定を導入してドーパントの価数変化に伴う局所構造変化によるプロトン溶解についても追加で調査する。また、前年度に検討できなかった合成時の水素ポンプによる精密ポテンシャル制御が与えるプロトン溶解量の検討などの合成法や合成条件についても検討を行う。
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