Electronic-structure analysis of SOFC materials by synchrotron radiation soft X-ray spectroscopy

同步辐射软X射线光谱法分析SOFC材料的电子结构

• 批准号: 22K05059
• 负责人: 朝倉 大輔
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05059/
• 关键词: 固体酸化物形燃料電池; 遷移金属酸化物; 電子状態; 軟X線分光; 空気極

本研究課題では、コジェネレーションシステムとして実用の進んでいる固体酸化物形燃料電池（SOFC）のさらなる性能向上を目的として、主に空気極（正極）材料の電子状態を放射光軟X線分光を用いて詳しく調べ、電子状態の観点から既存材料における酸化物イオンの伝導の様子や酸化還元反応の解明に取り組んでいる。SOFCの空気極材料であるLa1-xSrxCo1-yFeyO3-d (LSCF)について、電解質に用いるCe1-xGdxO2-d (GDC)とのナノコンポジット化を行うと、電極性能が向上することが知られている。これまでに電子顕微鏡観察などの手法を用いた界面構造の確認なども行われているが、2022年度は、このLSCF/GDCナノコンポジットとLSCF単体の試料に対して軟X線吸収分光測定を実施し、元素選択的に電子状態の差異を詳しく調べた。LSCF単体の試料と比べると、ナノコンポジット試料のCoの価数が低くなっており、この電子状態の差異が活性に寄与している可能性が判明した。Feについては、価数は変わっていないものの、Feと周辺のOの配位環境がLSCF単体の場合から若干変化していることが分かり、局所構造に与えるナノコンポジット化の影響を確認できた。これらのCoおよびFeの結果に対して、電荷移動多重項計算というスペクトル解析を行っているところである。計算結果から、Feのスペクトルの差異については、結晶場分裂の大きさが違うことに起因することが確認できている。OとGDCのCeについても同様の測定を行っており、関連試料のスペクトルなどを参考にして検討を進めている。

在本研究项目中，为了进一步提高作为热电联产系统而实用化的固体氧化物燃料电池（SOFC）的性能，我们将主要分析空气电极（正极）材料的电子状态，使用我们正在利用该技术进行详细研究，并致力于从电子态的角度阐明现有材料中氧离子的传导和氧化还原反应。众所周知，当将SOFC的空气电极材料La1-xSrxCo1-yFeyO3-d（LSCF）与Ce1-xGdxO2-d（GDC）用作电解质进行纳米复合时，电极性能会得到改善。到目前为止，已经使用电子显微镜等技术确认了界面结构，但在 2022 年，我们将对这种 LSCF/GDC 纳米复合材料和单独 LSCF 的样品进行软 X 射线吸收光谱测量，然后详细研究其差异。基于元素选择的电子态。与单独的 LSCF 样品相比，纳米复合材料样品中 Co 的价态较低，表明电子态的这种差异可能有助于活性。至于Fe，虽然价态没有变化，但发现与单独LSCF的情况相比，Fe和周围O的配位环境略有变化，证实了纳米复合材料形成对局部结构的影响。我们目前正在对 Co 和 Fe 的这些结果进行称为电荷转移多重计算的光谱分析。计算结果证实Fe光谱的差异是由于晶体场分裂幅度的差异造成的。 GDC中也对O和Ce进行了类似的测量，我们正在以相关样品的光谱作为参考继续进行研究。

项目成果

軟X線分光によるエネルギー材料の電子状態解析 : 課題と展望

使用软 X 射线光谱分析含能材料的电子结构：挑战和前景

• 发表时间: 2022
• 作者: 朝倉大輔