高温その場観察による燃料電池用水素伝導材料中の水素分布の特定

Proton distribution in proton conductor for fuel cell by in-situ neutron diffraction

井川 直樹   ; 長崎 正雅*; 田口 富嗣; 星川 晃範*; 石垣 徹*; 森井 幸生*; 林 眞琴*

Igawa, Naoki; Nagasaki, Takanori*; Taguchi, Tomitsugu; Hoshikawa, Akinori*; Ishigaki, Toru*; Morii, Yukio*; Hayashi, Makoto*

燃料電池は、高効率・分散型の発電装置として実用化が進められているが、耐久性の向上や作動温度の低温化など、普及のための課題も多い。特に、心臓部を担うイオン伝導体の性能向上が重要であり、そのために材料中の「水素の挙動を把握・理解する」ことがひとつの鍵となる。本研究では、燃料電池用水素伝導材料中の水素分布を中性子回折により求める目的の第一歩として、ベースとなる材料の結晶構造の温度変化を高温電気炉中その場観察により調べた。測定温度範囲で空間群-3の立方晶ペロブスカイト構造を保っていた。各原子の原子変位パラメータは10Kにおいて既にかなり大きいが、温度の上昇に伴ってさらに大きくなっている。この挙動は、局所構造の静的・動的な乱れ「水素の拡散に大きな影響を与える」を反映していると考えられる。

The temperature dependence of crystal structure of proton conductor, BaSnInO was analyzed in the temperature range from 10 to 790 K by in-situ neutron diffraction. We found that the crystal structure of the sample is cubic perovskite-type structure with the space group of -3. Atomic displacement parameters of each atom were relatively large even at 10 K and those were increasing with the temperature. Those phenomena indicate the crystal structure had local static/dynamic disorders which influence the proton diffusion.