第一原理欠陥濃度計算によるPCFC空気極材料の探索

使用第一原理缺陷浓度计算寻找 PCFC 空气电极材料

基本信息

批准号：
22K05307
负责人：
田口綾子
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Japan Fine Ceramics Center
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

项目摘要

プロトン伝導性セラミックス燃料電池(PCFC)は，中温度域で作動する低コスト・高効率の次世代燃料電池として期待されているが，空気極材料では大きな過電圧を生じることがPCFC実用化における重要な問題の一つとなっている．プロトン-電子混合伝導体材料を空気極に用いた場合，反応領域が増え性能が向上すると期待されるため，中温度域でも高活性なプロトン-電子混合伝導体の開発が望まれている．しかしながら，ドーパントも含めるとその研究範囲は膨大であり，効率的な探索のための明確な材料設計指針が求められるが未だ確立はされていない．本研究では，理論的にPCFC作動温度で高プロトン・高電子濃度となるドーパントと母材の組み合わせを探索し，PCFC空気極材料の設計指針を獲得することを目的とする．これまで，LaCoO3及びLaCrO3の安定磁性探索を探索し，LaCoO3の単位格子を2x2x1に拡張した120原子を含むスーパーセル及びLaCrO3の単位格子を2x2x2に拡張した160原子を含むスーパーセルを基本構造ユニットとして，結晶の対称性を考慮した独立な点欠陥の配置探索を行うことで系統的な構造モデルを構築し，第一原理計算による配置ごとのエネルギー状態のエネルギー状態を定量評価，安定な配置を決定した．

质子传导陶瓷燃料电池（PCFC）有望成为在中等温度范围内运行的低成本、高效率的下一代燃料电池。然而，空气电极材料会产生较大的过电压，这对于实际应用很重要这是PCFC的应用问题之一。当质子-电子混合导体材料用于空气电极时，预计反应面积将会增加并且性能将会提高，因此开发即使在中间温度范围内也具有高活性的质子-电子混合导体是所期望的。然而，当包含掺杂剂时，研究范围广阔，需要明确的材料设计指南以进行有效的探索，但这些指南尚未建立。本研究的目的是从理论上探索在 PCFC 工作温度下产生高质子和高电子浓度的掺杂剂和基础材料的组合，并获得 PCFC 空气电极材料的设计指南。到目前为止，我们已经在LaCoO3和LaCrO3中寻找稳定的磁性，并通过将LaCoO3的晶胞扩大到2x2x1研究了含有120个原子的超级晶胞，通过将LaCrO3的晶胞扩大到2x2x2研究了含有160个原子的超级晶胞。以晶胞为基本结构单元，考虑晶体的对称性，通过寻找独立点缺陷的排列，构建了系统的结构模型，并利用第一性原理计算定量评估了每个排列的能态。确定了稳定的安排。