マイクロ燃料電池用高性能ナノヘテロ構造を有するセリア系固体電解質の合成とそのナノ構造解析

微型燃料电池用高性能纳米异质结构二氧化铈基固体电解质的合成及其纳米结构分析

基本信息

批准号：
04F04559
负责人：
森利之
金额：
$ 1.15万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度検討したSm_xCe_<1-x>O_<2-x/2>、Gd_xCe_<1-x>O_<2-x/2>につづき、本最終年度は、Ho_xCe_<1-x>O_<2-x/2>及びTb_xCe_<1-x>O_<2-x/2>(x=0.05,0.1,0.15,0.2,0.25)の10種類の易焼結性ナノ粉末の合成とその焼結体作成及び焼結体物性評価を行った。各組成において炭酸塩共沈法により、平均粒径30-40nm程度の球状粒子の作製を行い、1400℃の常圧焼結により、高密度焼結体(相対密度95%以上)を作成した。直流により測定した導電率の組成依存性と、TEMによるナノ構造観察結果を比較したところ、Ho_xCe_<1-x>O_<2-x/2>は、x=0.05-0.1では、数nm程度のマイクロドメインが観察され、x≧0.15の領域では、界面に明確な不整合界面を有する数nm-10nm程度の析出物が観察された。Tb_xCe_<1-x>O_<2-x/2>においてもその傾向は現れ、x≦0.20では、数nm程度のマイクロドメインが、x≧0.25の領域では、不整合界面を有する数nm-10nm程度の析出物が観察された。いずれの場合も、不整合界面をもつ析出物を含む場合は、導電率は低く、かつその温度依存性も極端に小さくなり電子伝導性が現れやすくなる傾向を示した。本研究では、M_xCe_<1-x>O_<2-x/2>(M : Sm, Gd, Ho, Tb :0.05≦x≦0.25)中の導電率に与えるナノ構造の特徴を、高分解能TENを用いて系統的に検討した。その結果、M=SmまたはGdの場合は、整合界面を持つマイクロドメインの数と大きさが導電率に影響を与え、M=HoまたはTbの場合は、不整合界面を持つ析出物の発生により、導電率の大きな低下と電子伝導性が顕著になる傾向が現れた。以上の結果から、ナノ構造の特徴を精査しながら、セリア系固体電解質の性能を設計することが、極めて重要であることが分かった。

Following on from the Sm_xCe_<1-x>O_<2-x/2> and Gd_xCe_<1-x>O_<2-x/2> that were studied last year, in the final year, 10 types of easy-sinterable nanopowders, Ho_xCe_<1-x>O_<2-x/2> and Tb_xCe_<1-x>O_<2-x/2> (x=0.05, 0.1、0.15、0.2、0.25），我们进行了10种易感纳米植物的合成，并创建了其烧结的身体，并评估了烧结物体的物理特性。通过碳酸盐共同沉淀法在每个组成中制备平均粒度约为30-40 nm的球形颗粒，并通过在1400°C处进行大气压烧结来制备高密度烧结物体（相对密度为95％或更多）。在比较通过nanostruction ryods ryods的电导率测量的电导率时，将其用于nmody ways的组成率时x = 0.05-0.1对于HO_XCE_ <1-X> O_ <2-X/2>，在X≧0.15的区域中观察到了界面处的大约几nm的沉淀物，在界面处有明显的不一致界面。这种趋势也出现在TB_XCE_ <1-X> O_ <2-X/2>中，沉淀物约为几个NM，微域约为几个NM，在该区域中观察到X≧0.25，X≧0.25，降水量约为几个NM-10 nm，并观察到不一致的接口。在这两种情况下，当包括具有不一致界面的沉淀物时，电导率较低，并且温度依赖性非常小，显示出使电子电导率更可能出现的趋势。在这项研究中，使用高分辨率十大检查了适用于M_XCE_ <1-X> O_ <2-X/2>（M：SM，SM，GD，HO，TB：0.05 X X≦0.25）的纳米结构的特性。结果，在M = SM或GD的情况下，具有匹配界面的微区域的数量和大小会影响电导率，而对于M = HO或TB的情况，具有不一致的接口的沉淀产生往往会导致电导率较大的降低，并具有强大的电子电导率。从上述结果中可以发现，设计基于陶瓷的固体电解质的性能同时密切检查纳米结构的特性非常重要。