ナノ組織・構造制御による高性能ナノ構造化燃料電池用酸化物薄膜素子の作製と特性評価

使用纳米结构/结构控制用于燃料电池的高性能纳米结构氧化物薄膜元件的制造和表征

基本信息

批准号：
07F07561
负责人：
森利之
金额：
$ 1.41万
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：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07F07561/
关键词：
燃料電池固体電解質薄膜ナノ構造界面

项目摘要

これまでの燃料電池の動作温度空白領域(200℃から500℃)においても、高い性能を有する酸化物燃料電池用材料の開発を目指し、こうした温度領域で高い性能を有する燃料電池を作製するために、3価の希土類ドープドセリア薄膜固体電解質材料の合成と、その合成ルートの違いが電解質/電極の界面構造のナノレベルのおける変化と物性に与える影響を精査することを目的に実験を行った。研究年度2年目にあたる平成20年度は、昨年に引き続き、3価の希土類ドープドセリア固体電解質薄膜を、従来手法である電気泳動法と、新規薄膜合成手法である、ミストCVD法により合成し、その微細構造の特徴についての考察を行った。高分解能透過電子顕微鏡観察により、ナノヘテロ界面構造を定量的に解析したところ、固体電解質と電極間界面において、電極活物質がサブミクロンから、ナノメータースケールで、固体電解質内への拡散を起こし、その結果、その拡散した電極活物質(NiO)の周囲において、酸素欠陥の秩序化が進み、固体電解質と電極界面の酸化物イオン伝動を大きく妨げるナノヘテロ界面構造が形成されることを、薄膜作製条件を変化させながら、系統的に解析を行った。このように、通常の薄膜X線回折試験などの方法では、知覚しがたいほどの小さな大きさで、薄膜デバイス中における固体電解質/電極間界面中に広がる、ナノ構造の特徴を、高分解能電子顕微鏡による観察、イメージアナリシス及びエネルギー損失分光法を用いた酸素欠陥の秩序化度合いの定量的な解析を組み合わせて行うことで、薄膜固体電解質の性能向上を妨げていた、ナノレベルにおける構造の特徴が明らかになり、そのナノヘテロ界面構造を、導電特性を最大化できるように、最適化することで、これまでの薄膜素子の能力を、大幅に向上させることが可能であることを明らかにした。

We aimed to develop materials for oxide fuel cells with high performance even in the operating temperature blank region of fuel cells (200°C to 500°C), and to manufacture fuel cells with high performance in these temperature ranges, we conducted an experiment with the aim of carefully examining the synthesis of trivalent rare earth doped ceria thin-film solid electrolyte materials and the effects of differences in the synthesis route on the nano-level changes in the电解质/电极界面结构和物理特性。在2008年，使用常规电泳方法和新的薄膜合成方法，MIST CVD及其显微结构的特征，使用了研究年度的第二年，去年的研究年度，三个稀土掺杂的稀土掺杂陶瓷固体电解质薄膜。使用高分辨率透射电子显微镜对纳米层面结构进行定量分析。电极的活动材料从固体电解质和电极之间的界面上的固体电解质在纳米尺度上扩散到固体电解质，结果，氧气缺陷是在围绕扩散的电极活性材料（NIO）（NIO）和纳米型的结构进行分析的，在固定界面上，氧气差异是在固体界面上的固体界面的，这是氧化物离子的触发界面的，这是氧化物离子的传播的，而氧化物的构造是氧化物离子的传播。薄膜。通过这种方式，在诸如薄膜X射线衍射测试之类的常规方法中，在固体电解质/电极界面内传播的纳米结构的特征，在薄膜设备中，尺寸非常小，与高分辨率电子显微镜，图像分析和使用氧气差的定量分析的高分辨率电子显微镜，图像分析和定量分析的观察结果相结合，并揭示了氧气损失程度。一直在阻止薄膜固体电解质的性能提高，并通过优化纳米层面结构以最大程度地发挥电导率性能，很明显，以前的薄膜设备的功能可以显着改善。