2020 Fiscal Year Annual Research Report
固体酸化物形燃料電池の低温動作化に向けた極薄電解質膜におけるイオン輸送機構の研究
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18H01467
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
丹羽 正昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 上席研究員 (90608936)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内山 潔 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80403327)
蓮沼 隆 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90372341)
西村 知紀 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 技術専門職員 (10396781)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | イオン伝導 / 極薄YSZ膜 / 結晶構造 / 固体電解質材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極薄YSZ膜におけるY2O3濃度，イオン伝導性と結晶構造との相関の理解：YSZの薄膜化に伴いY2O3濃度に応じた安定な結晶構造や結晶化の容易性が変化する事実から，本テーマの重要性を踏まえ当初の計画と並行して（計画を変更して？）進めた．
バルクのYSZにおいてY2O3濃度約8 mol%でイオン伝導度が最大化することが知られるが，極薄膜化されたYSZにおいては最大化するY2O3濃度がより低濃度側へとシフトする事を実験的に明らかにした．具体的にはイオン伝導を担う実効的なキャリア密度とその活性化エネルギーによって描像されるイオン伝導率において，活性化エネルギーはYSZの結晶構造に依存し８mol%以下の低Y2O3濃度YSZでは立方晶（正方晶）より単斜相構造への変化により増大することが議論されているが，YSZの10nm前後への極薄膜化により立方晶（正方晶）構造が安定化する膜厚領域では8 mol%以下においてもY2O3濃度の低減に伴った活性化エネルギーの明確な減少が確認された．更にまた立方晶（正方晶）構造をもつYSZについて400℃前後の低温域における活性化エネルギーは約1000℃の高温域の報告値よりも明らかに大きくY2O3濃度に依存する傾向を示すことより，低温域では高温域とは異なるキャリアの拡散阻害メカニズムが存在することが分かってきた．これらの研究成果については国際会議，国内会議での発表，及び論文誌での掲載を介して報告を行うことができた．
これらは低温動作化させる固体電解質材料としてだけでなく，他の固体電解質材料に対する酸素分圧や歪み制御の為の薄膜多層構造やナノロッド構造などへのYSZの応用展開を見込む点において，極めて重要な知見が得られたものと確信している．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
December 2019
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