2003 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物固体電解質ナノ粉末の合成及びイオン伝導特性と焼結体微細構造の相関性評価
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15510084
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森 利之 独立行政法人物質・材料研究機構, エコマテリアル研究センター, 主席研究員 (80343854)
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| Keywords | ナノ組織制御 / マイクロドメイン / ドープドセリア / 固体電解質 / 燃料電池 / 微細構造解析 / 透過型電子顕微鏡 / 散漫散乱 |
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| Research Abstract |
1.ナノ粉末の合成・緻密焼結体の作成及び電解質特性評価
Sm_2O_3-CeO_2系を例に、共沈法の条件を選択することで、平均粒径30nm程度の球状粒子やアスペクト比10程度の平均粒径15nmからなる柱状粒子の作製を行い、そのうえで、この2種類の粉末を用いて、常圧焼結法により、高密度焼結体を作成した。得られた焼結体は、理論密度の95%以上に緻密化していた。SEMによる観察では、この2種類の焼結体の微細構造に差はなく、X線回折試験からも、両者には大きな差はなかったが、球状粒子を用いた焼結体の導電率(500℃,DC三端子法:0.65SK/cm,E=60kJ/mol)は、柱状粒子を用いた焼結体(500℃,DC三端子法:0.20SK/cm,E=74kJ/mol)の値を大きく上回るものであった。この理由を考察するために、微細構造をTEMにより観察したところ、柱状粒子を用いた焼結体中には、50nmを超える大きなマイクロドメインが存在していたが、一方、球状粒子を用いた焼結体中では、マイクロドメインサイズは、10nm程度と小さいものであった。よって、この秩序構造を有するマイクロドメインが、導電特性を著しく低下させているものと考察した。
2.電子線回折図の詳細な検討
マイクロドメインが多数現れる領域を中心に、TEMにより電子線回折図を解析した結果、極めて小さな強度で、b型希土類に帰属されるエクストラ・スポットが観察されたことから、マイクロドメインは、ドーパントのわずかな片析が原因となり発生するものと考察した。よって、導電率に影響を与えると思われるマイクロドメインの発生は、合成法に大きく依存しており、合成法の詳細な検討により、こうしたドメインの発生や成長を抑制し、優れた導電率を引き出すことが可能であると考察した。
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[Publications] Toshiyuki MORI: "Influence of nano-structural feature on electrolytic properties in Y_2O_3 doped CeO_2 system"J.Science and Technology for Advanced Materials. 4. 213-220 (2003)
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[Publications] Toshiyuki MORI: "Electrolytic properties and nano-structural feature in La_2O_3-CeO_2 system"J.Electrochem.Soc.. 15[6]. A665-A673 (2003)
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[Publications] Toshiyuki MORI: "Microstructural features in doped CeO_2 electrolytes for fuel cell applications"Proceedings of UK-Japan workshop on Nano Science for Energy and Environmental Application. 1-3 (2003)
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[Publications] Toshiyuki MORI: "Design of High Performance Electrolytes in Solid Oxide Fuel Cell using Nano-Structure Control"NIMS NOW. 3[9]. 3 (2003)
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[Publications] Yarong WANG: "Low-temperature preparation of dense 10mol%-Y_2O_3-doped CeO_2 ceramics using powders synthesized via carbonate coprecipitation"J.Mater.Res.Soc.. 18[5]. 1239-1246 (2003)
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[Publications] Yarong WANG: "Low-temperature fabrication and electrical property of 10 mol% Sm_2O_3-doped CeO_2 ceramics"J.Science and Technology for Advanced Materials. 4. 229-238 (2003)
