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

基本信息

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

项目摘要

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。

在这个研究主题中，我们正在研究使用同步器软X射线光谱详细研究阴极（正电极）材料的电子状态，目的是进一步改善目前用作共生系统的固体氧化物燃料电池（SOFC）的性能，并在现有材料中阐明了氧化物离子在氧化材料中的传导和氧化材料中的传导。众所周知，当使用CE1-XGDXO2-D（GDC）用作电解质的纳米复合材料时，改善了SOFC的阴极材料LA1-XSRXCO1-YFEYO3-D（LSCF）的电极性能。以前，已经使用诸如电子显微镜观察的方法证实了界面结构，但是在2022年，在LSCF/GDC纳米复合材料和LSCF的样品上进行了软X射线吸收光谱，并且单独使用了LSCF，并且基于元素选择基础详细检查了电子状态的差异。与仅LSCF相比，纳米复合样品的CO价较低，并且发现电子状态的这种差异可能有助于活性。尽管FE的价没有变化，但发现自LSCF的情况以来，FE和周围O的协调环境已经略有变化，并且确认了纳米编译对局部结构的影响。目前，我们正在对这些CO和FE结果进行电荷传输多重量计算进行光谱分析。计算结果证实，Fe光谱差异的差异是由于晶体场分裂的差异所致。已经在O和GDC中对CE进行了类似的测量，并正在使用相关样品和其他因素的光谱进行研究。