次世代燃料電池ITFCを実現する電極反応の全貌解明とその高速化

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各種評価の信頼性向上のため、ガラス電解質上へのWO3薄膜の堆積方法を検討し、その方法を確立した。クロノアンペロメトリー測定の結果、焼結体で生じるWO3/電解質界面のプロトン拡散の阻害層が薄膜では生じず、清浄面の接合によりプロトン移動のスムーズなWO3/電解質界面となることを明らかとした。（１）気体分子の吸着および解離現象の巨視的な評価解析(1-a) 昇温脱離分析による吸着気体の定性および定量分析：各種面積のWO3薄膜を用意し、昇温脱離ガス分析の条件を検討し、その方法を決定した。Ca-doped WO3の薄膜試料の作製条件を検討した。(1-b) 水素および酸素の表面交換反応速度の評価・解析： 薄膜での水素の深さプロファイルの評価に必要な膜厚を検討した。(1-c) インピーダンス解析による電極抵抗の評価・解析：WO3薄膜を電解質ガラス上に成膜する方法を確立し、WO3薄膜のプロトン伝導度を明らかにした。その結果、WO3薄膜/電解質ガラス界面にはプロトン輸送を妨げる界面層が生じず、良好にプロトンが輸送されることを明らかとした。（２）気体分子の吸着および解離現象の微視的な評価解析(2-a) ラマン分光法による吸着酸素とWO3酸化物表面の化学状態解析：雰囲気調整加熱ステージを使用して薄膜での吸着酸素の検出を試みた。(2-b) X線光電子分光法による吸着気体分子と電極材料の電子状態の評価解析： WO3薄膜での電子状態評価の可否を検討し、薄膜でもバルクと同様な情報の取得が可能であることを明らかとした。（３）電極反応を高速化する新たな混合伝導体材料の探索：WO3での知見に基づき、新たなプロトン-n型電子混合伝導体の探索を開始に着手した。いくつかのn型酸化物半導体で、水素の溶解、溶解した水素のイオン化による電子キャリアと格子間プロトンの生成、結晶中でのプロトンの拡散の観測に成功した。