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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。

This research topic is aimed at improving the performance of solid acid fuel cells (SOFC), improving the electronic state of main air electrode (electrode) materials, improving the electronic state of existing materials, improving the electronic state of existing materials, improving the electronic state of existing materials, and improving the electronic state of SOFC. The electrode material of SOFC is La1-xSrxCo1-yFeyO3-d (LSCF), the electrolyte is Ce1-xGdxO2-d (GDC), and the electrode performance is improved. In 2022, the LSCF/GDC interface structure and LSCF monomer samples were tested by soft X-ray absorption spectroscopy, and the differences in electronic states of element selection were carefully adjusted. The sample of LSCF is different from the sample of the sample. The coordination environment of Fe and O in the LSCF monomer is changed in some ways, and the influence of the structure of Fe and O on the coordination environment is confirmed. The results of the calculation of the charge transfer multiple term are as follows: The calculation results show that the difference between Fe and Si is very large, and the cause of crystal field splitting is very large. O: GDC's sample selection process, related sample selection process, and related sample selection process.