界面イオニクス現象を利用した大容量蓄電システムの開発

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高効率な大容量蓄電システムおよび畜エネルギーシステムの構築に向けて、異相界面におけるイオンの輸送現象に注目した蓄電技術および水素製造技術の開発を行う。本研究課題では特に、金属酸化物の酸化還元反応を利用した技術に関する研究を行う。金属酸化物の酸化還元反応の二次電池および水素製造技術への利用は、蓄電システムの大容量化や低コスト化へと繋がる可能性を有しており、その反応速度の向上や繰り返し特性の向上が期待されている。当該年度には、昨年度までに報告をした金属酸化物の酸化還元反応における酸化物イオン伝導体による反応促進効果について、反応速度の材料物性依存性の検討などの実験的検討、および、異相界面近傍における酸化物イオン輸送のモデル計算を行うことで、その機構解明を目指した。担体材料の持つ電子伝導度や酸化物イオン伝導度などの物性値を変化させた際の、酸化鉄の酸化還元反応速度への影響評価を行い、反応速度が酸化物イオン伝導度に依存する傾向を実験的に示した。加えて、異相界面近傍における酸化物イオン輸送の数値解析を行うことで、その機構解明に向けた検討を行った。酸化鉄-担体複合体中の酸化物イオン輸送について、粒子表面における水素による還元反応と粒子内における酸素ポテンシャル分布から求められる酸化物イオン拡散に基づき、酸化鉄の還元反応の進行に伴う粒子内酸素濃度の時間依存性を評価した。担体の酸化物イオン伝導度や電子伝導度が酸化鉄の還元反応速度に与える影響について解析を行うことで、担体として用いた酸化物イオン伝導体の酸化鉄との界面付近における反応促進の空間的な分布について定量的な評価を行った。これら成果に関して、国内外の学会において発表を行った。