| 研究課題/領域番号 |
26420690
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
打越 哲郎 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (90354216)
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| 研究分担者 |
石垣 隆正 法政大学, 生命科学部, 教授 (40343842)
鈴木 達 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (50267407)
辻本 吉廣 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (50584075)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ランタンシリケート / 酸化物イオン伝導体 / 結晶配向 / コロイドプロセス / SOFC |
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| 研究実績の概要 |
オキシアパタイト型ランタノイドシリケートは1995年に発見された新規酸化物イオン伝導体群である。特に、ランタンシリケートは、酸化物イオン伝導の活性化エネルギーが小さく、中低温域において典型的な酸化物イオン伝導体であるYSZより高い伝導度を示すこと、還元されやすい元素を含まず広い酸素分圧領域で化学的に安定であることから、次世代型である中低温域で作動する固体酸化物形燃料電池用電解質として注目されている。また、酸化物イオン伝導度に結晶方位異方性があり、c軸方向に高い伝導性を示すことが最近の研究で示されている。本研究では、組成の制御されたランタンシリケート単相粉末の大量合成方法の確立、強磁場コロイドプロセス法によるc軸が高配向した多結晶バルク焼結体の作製と特性評価、さらに、配向ランタンシリケートを電解質としたSOFCの発電特性評価を行い、電解質のc軸配向化がSOFCセルの高出力化に及ぼす有効性について検証することを目的とする。
H26年度は液中ヘテロ凝集法により、仕込み組成ずれのないランタンシリケート粉を比較的大量に合成する手法について検討した。La(OH)3（平均粒径0.8 μm）粒子の表面に、水中でpoly(diallyldimethylammonium chloride (PDDA) およびpoly(sodium 4-styrenesulfonate (PSS) を静電交互吸着（LbL修飾）させ、最終的に正の表面チャージを高めたLa(OH)3スラリーを作製した。次いで負の表面チャージを持つSiO2（粒径30-50 nm）の水系スラリーを作製し、La(OH)3スラリーにSiO2スラリーを所定量混合、撹拌して、La(OH)3粒子表面にSiO2粒子が均一に修飾されたヘテロ凝集体を得た。次いでヘテロ凝集粉を大気中で1600 ℃、10 h熱処理して反応粉を粉砕した。その組成をXRDにより調べたところ、ランタンシリケートの単相が得られていることがわかった。
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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
一般に、ランタンシリケートの合成には、La2O3粉とSiO2粉を原料とし、1575-1700 ℃の高温で長時間焼成する固相反応が用いられる。ランタンシリケート(LaXSi6O1.5X+12)は8＜X＜10 のときにアパタイト型構造となり、高い酸化物イオン伝導性を示す。この組成の両端にはLa2Si2O7およびLa2SiO5 が存在し、合成時にはこれらの相が高抵抗の不純物として現れやすく、原料粉末混合時にわずかな不均一性があるだけで単相のアパタイト型相を得ることが非常に難しいのが現状である。これら不純物相の生成・残留を防ぐため、溶液合成法も適用されているが、アルコキシドを用いる有機溶媒系ゾル-ゲル法ではSi-アルコキシドの加水分解速度が遅く均質なゲルを得るのに要する時間が長いこと、水溶液系ゾル-ゲル法では錯体形成有機物の急激な燃焼を伴うことから大量合成が難しいことが問題になっていた。本研究において、La源としてLa(OH)3粉を用い、La(OH)3とSiO2粉末を、静電吸着を利用した液中ヘテロ凝集法を用いて十分かつ均一に混合することで、組成ずれの無いランタンシリケート単相の粉末を多量に合成できることを示せたことで、今後のバルク体作製と特性評価に必要な、組成の制御された粉末を比較的容易かつ大量に得られると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
強磁場スリップキャスト法により高配向な緻密成形体を得るためのスラリー調製条件を最適化し、焼成処理により優先配向方位の制御されたバルク体を作製して、配向度と配向組織を評価する。作製されたランタンシリケート配向体の電気伝導特性および機械特性を評価し、配向性との関係を検討するとともに、異方特性の発現する機構について考察する。
強磁場コロイドプロセスの利点を生かして作製した高配向かつサイズの大きな配向多結晶体バルク体から、種々の測定に必要なサイズ角に試料の切り出し行う。電気特性については、交流二端子法により評価する。測定は異なる結晶配向方位について行なう。また、力学特性のうち、燃料電池セルの構築に必要な熱膨張係数の測定をディラトメーターで、材料のマクロ的な強度および靱性については３点もしくは４点曲げ試験により行なう。また、結晶面による硬さ評価をナノインデンテーション試験により行なう。以上の測定については、比較のために、無配向体についても行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
購入予定であった電気炉を、別テーマの企業との共同研究費で支出することができたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
試薬および理化学用品の購入に充てる。
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