新規酸化物プロトニクス材料の創成とその物性評価

新型氧化物质子材料的创建及其物理性能评估

基本信息

批准号：
09F09792
负责人：
山口周
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09F09792/
关键词：
プロトン伝導 SOFC 電極材料カソード材料 BaO PrOx ZrO2 欠陥化学 ZrO_2

项目摘要

本研究では,特にプロトン伝導型固体酸化物燃料電池のためのプロトン-電子(ホール)混合伝導性を有する新規酸化物カソード材料開発の方向性を検討する.特に両性サイトパーコレーション伝導に着目し,プロトン伝導性マトリックスと電子(ホール)伝導性マトリックスの固溶体を作製することによりプロトン-電子(ホール)混合伝導性を発現させる.これまで,プロトン伝導性マトリックスであるBaZrO3とホール伝導性マトリックスであるBaPrO3が広い範囲でペロブスカイト構造の固溶体(BaZr1-xPrxO3)を形成することに着目し,検討を進めてきた.平成23年度においては,前年度までに高温X線回折測定により示唆された相転移挙動について更に詳細に検討するため,高温Raman分光測定を行った.Pr濃度が高い組成においてはバンド間遷移に起因すると考えられる蛍光による妨害が見られたが,この問題は長波長レーザーを用いることにより避ける事が可能であった.高温Raman測定の結果から,高温X線回折により観測された相転移(体心斜方晶→単純斜方晶→菱面体晶→立方晶)に対応すると考えられるスペクトル変化が観測された.特に,Ramanスペクトルは結晶構造変化に鋭敏に依存し,従来のX線回折法と比較して上記の相転移温度をより精密に決定できることがわかった.また,高温における結晶相を温度・組成の関数として系統的に検討する事により,室温における結晶系を含めた相関係の包括的な描像を把握する事が可能であり,両性サイトパーコレーション伝導に基づくBaZrO3-BaPrO3系プロトン-ホール混合伝導体開発のための重要な知見を得た.

在本研究中，我们研究了用于质子传导固体氧化物燃料电池的具有混合质子-电子（空穴）传导性的新型氧化物阴极材料的发展方向。特别是，我们重点关注两性位点渗流传导和质子-电子（空穴）传导）混合电导率是通过创建导电基质和电子（空穴）导电基质的固溶体而形成的。我们重点关注作为导电基质的 BaZrO3 和作为空穴导电基质的 BaPrO3 在大范围内形成具有钙钛矿结构的固溶体 (BaZr1-xPrxO3) 的事实，以便更详细地研究。根据高温 X 射线衍射测量表明的相变行为，我们进行了高温拉曼光谱测量。然而，通过使用长波长激光可以避免这个问题。高温拉曼测量的结果表明，通过高温X射线衍射观察到的光谱变化被认为与相变相对应（体心斜方晶系→简单斜方晶系→菱面体→立方晶系）特别是拉曼光谱很大程度上取决于晶体结构的变化，研究发现，与传统的 X 射线衍射方法相比，可以更精确地确定上述相变温度。此外，通过系统地检查高温下的晶相作为温度和组成的函数，可以确定可以全面掌握包括相位关系在内的相位关系，为开发基于两性位点渗流传导的BaZrO3-BaPrO3基混合质子空穴导体提供了重要的知识。