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論文

マルチプローブを用いた安定化ジルコニアのアニールによる結晶、局所構造への影響の研究

伊藤 孝憲*; 森 昌史*; 犬飼 学*; 仁谷 浩明*; 山本 孝*; 宮永 崇史*; 井川 直樹; 北村 尚斗*; 石田 直哉*; 井手本 康*

Photon Factory News, 33(1), p.18 - 24, 2015/05

固体酸化物型燃料電池の電解質に用いられる安定化ジルコニアにおいて、長時間アニールによる結晶構造、局所構造への影響をマルチプローブ(放射光, 中性子, 第一原理計算)によって考察した。放射光X線,中性子回折を用いたリートベルト解析、最大エントロピー法解析の結果から、アニールすることで、周期的構造が秩序的となる場合と無秩序的になる場合があることが分かった。一方、X線吸収スペクトルと第一原理計算によると、アニールによってZrO$$_{8}$$が歪むことが確認された。これらの結果から、アニールによる導電率の低下は周期的構造が関係していると考えられる。

論文

Effect of annealing on crystal and local structures of doped zirconia using experimental and computational methods

伊藤 孝憲*; 森 昌史*; 犬飼 学*; 仁谷 浩明*; 山本 孝*; 宮永 崇史*; 井川 直樹; 北村 尚斗*; 石田 直哉*; 井手本 康*

Journal of Physical Chemistry C, 119(16), p.8447 - 8458, 2015/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:48.44(Chemistry, Physical)

放射光X線や中性子線回折によるリートベルト解析・最大エントロピー法解析、X線吸収スペクトル法と第一原理計算を併用することによって、2種類のジルコニア((Zr$$_{0.85}$$Y$$_{0.15}$$)O$$_{2}$$および(Zr$$_{0.81}$$Sc$$_{0.18}$$Ce$$_{0.01}$$)O$$_{2}$$)の結晶構造や局所構造に対するアニーリング効果の相違を調べた。これらジルコニアは共に空間群${it Fm}$-3${it m}$で、大きな原子変位パラメータを持つ立方晶構造であるが、(Zr$$_{0.85}$$Y$$_{0.15}$$)O$$_{2}$$はアニーリングによって原子変位パラメータが減少し、結晶中の電子は、Zr/酸素サイトに集まる傾向を示した。一方、(Zr$$_{0.81}$$Sc$$_{0.18}$$Ce$$_{0.01}$$)O$$_{2}$$ではこれとは逆の傾向を示した。これらの傾向の違いは、(Zr$$_{0.85}$$Y$$_{0.15}$$)O$$_{2}$$ではアニーリングによってジルコニア結晶を構成するZrO$$_{8}$$多面体では局所的な歪みが生じるがその周期性はないこと、一方、(Zr$$_{0.81}$$Sc$$_{0.18}$$Ce$$_{0.01}$$)O$$_{2}$$中のZrO$$_{8}$$多面体は周期性を有し、かつ局所的な歪みが生じるためであることが明らかになった。

論文

放射光X線,中性子を用いた固体酸化物型燃料電池材料の評価

伊藤 孝憲*; 井川 直樹; 本間 徹生*

SPring-8の高輝度放射光を利用したグリーンエネルギー分野における電池材料開発, p.104 - 112, 2014/02

昨今の機能材料の多くは様々な元素を含み、複雑な構造をとることが多い。このような材料の結晶構造を明らかにするための強力な武器になるのが大型放射光X線実験施設や中性子ビーム実験施設である。本稿は、固体酸化物型燃料電池材料を例に、放射光X線や中性子ビームによってどのようなことがわかるか、またその魅力について紹介したものである。

論文

Protonic conduction, crystal and electronic structures of La$$_{0.9}$$Ba$$_{1.1}$$Ga$$_{0.95}$$Mg$$_{0.05}$$O$$_{4-delta}$$

浜尾 尚樹*; 北村 尚斗*; 伊藤 孝憲*; 井川 直樹; 井手本 康*; 大道 博行; 加来 正典*; 窪寺 昌一*

Solid State Ionics, 253, p.123 - 129, 2013/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:84.58(Chemistry, Physical)

燃料電池用固体電解質材料、La$$_{0.9}$$Ba$$_{1.1}$$Ga$$_{0.95}$$Mg$$_{0.05}$$O$$_{4-delta}$$を固相反応法で合成し、電気伝導度やRietveld/最大エントロピー法による結晶構造解析を行った。基本材料であるLaBaGaO$$_{4}$$の一部をBaやMgで置換することで、プロトン伝導度が向上した。Rietveld/最大エントロピー法解析の結果、1000Kまでの温度ではLa$$_{0.9}$$Ba$$_{1.1}$$Ga$$_{0.95}$$Mg$$_{0.05}$$O$$_{4-delta}$$はLaBaGaO$$_{4}$$と同じ結晶構造を有すること、プロトンはO3サイト近傍に配置し、この酸素と水素結合していることがわかった。

論文

Study of oxygen ion diffusion in (Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33-delta}$$ through ${it in-situ}$ neutron diffractions at 300 and 720 K

伊藤 孝憲*; 平井 岳根*; 山下 純一*; 渡部 昌司*; 川田 悦也*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 井川 直樹

Physica B; Condensed Matter, 405(8), p.2091 - 2096, 2010/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:41.3(Physics, Condensed Matter)

酸素イオン伝導体(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33-delta}$$について、高温中性子回折実験を行い、リートベルト法,最大エントロピー法(MEM)及びMEMに基づくパターンフィッティング法(MPF)解析によって、本物質における酸素拡散機構を解析した。720Kでは、多量の欠損が生じている4${it c}$サイト上に存在する酸素の異方性原子変位パラメータと中性子散乱長密度は4${it c}$及び8${it d}$サイト方向を向いていることから、酸素イオンは4${it c}$-4${it c}$サイト間及び4${it c}$-8${it d}$サイト間を経由して拡散していることを明らかにした。

論文

Study of mechanism of mixed conduction due to electrons and oxygen ions in (La$$_{0.75}$$Sr$$_{0.25}$$)MnO$$_{3.00}$$ and (Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$ through rietveld refinement and MEM analysis

伊藤 孝憲*; 白崎 紗央里*; 藤江 良紀*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 大坂 恵一*; 廣沢 一郎*; 井川 直樹

電気化学及び工業物理化学, 77(2), p.161 - 168, 2009/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:93.01(Electrochemistry)

電子伝導と酸素イオン伝導の混合伝導体である(La$$_{0.75}$$Sr$$_{0.25}$$)MnO$$_{3.00}$$と(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$の結晶構造を中性子回折法によって、電子密度分布を放射光X線回折法によって解析した。(La$$_{0.75}$$Sr$$_{0.25}$$)MnO$$_{3.00}$$は空間群が${it R}$ $$bar{3}$$${it c}$であり、(La,Sr), Mn, Oが各々6${it a}$, 6${it b}$, 18${it e}$サイトを占める。(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$${it Pnma}$を取り、(Ba,Sr), (Co/Fe), O1, O2が各々8${it a}$, 8${it a}$, 4${it c}$, 8${it d}$サイトを占め、また、O1及びO2の占有率は0.59, 0.87であることがわかった。(La$$_{0.75}$$Sr$$_{0.25}$$)MnO$$_{3.00}$$におけるMn-O面と(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$における(Co, Fe)-O2面は強い共有結合を持つことから電子伝導に寄与し、(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$における(Ba, Sr)-O1面は高い酸素欠損率を有する強いイオン結合性を持つことから酸素イオン伝導に寄与することが明らかになった。

論文

Determination of crystal structure and charge density of (Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$ by Rietveld refinement and maximum entropy method analysis

伊藤 孝憲*; 西田 有希*; 冨田 文*; 藤江 良紀*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 大坂 恵一*; 廣沢 一郎*; 井川 直樹

Solid State Communications, 149(1-2), p.41 - 44, 2009/01

 被引用回数:28 パーセンタイル:22.27(Physics, Condensed Matter)

(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$の結晶構造と電子密度分布を中性子回折及びX線回折法によって解析した。結晶構造は空間群${it Pnma}$の分割原子モデルによる解析の結果、酸素1(4${it c}$)及び酸素2(8${it d}$)サイトの席占有率が各0.59, 0.87であり、(Co, Fe)-O2面は異方性共有結合とイオン結合、(Ba, Sr)-O1結合は低密度のイオン結合性であることが明らかになった。

口頭

SOFC空気極材料におけるMEM解析による酸素イオン-電子混合伝導の考察

伊藤 孝憲*; 横手 武徳*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 佐久間 隆*; 高橋 東之*; 井川 直樹

no journal, , 

固体酸化物型燃料電池は作動温度の低温化が求められており、空気極材料の開発が課題となっている。本研究では、高温作動型材料La$$_{0.73}$$Sr$$_{0.24}$$MnO$$_{3}$$と中温度作動型材料(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{3-delta}$$について中性子回折及び放射光X線回折を行い、リートベルト解析及び最大エントロピー法解析の結果から酸素イオン-電子混合伝導メカニズムを考察する。

口頭

中性子,放射光X線回折を用いたSOFC空気電極の構造解析

伊藤 孝憲*; 横手 武徳*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 佐久間 隆*; 高橋 東之*; 井川 直樹

no journal, , 

固体酸化物燃料電池の空気極材料として、電子-酸素イオン混合伝導を有するペロブスカイト酸化物が注目されている。現状では(La,Sr)MnO$$_{3}$$が用いられているが、作動温度の低温化が求められており、特に(Ba,Sr)(Co,Fe)O$$_{3-delta}$$が期待されている。本研究では、これら2つの材料について中性子回折及び放射光X線回折を行い、Rietveld解析及び最大エントロピー法解析によって、遷移金属-酸素面における原子核・電子密度分布の違いについて比較検討した。

口頭

In-situ中性子回折によるSOFC電解質アニール効果の考察

伊藤 孝憲*; 平井 岳根*; Wang, Z.*; 森 昌史*; 井川 直樹

no journal, , 

固体酸化物型燃料電池(SOFC)は高温での長時間耐久作動が重要課題である。これまでのところ、ラマン分光,X線回折によって電解質劣化原因の解析が行われているが、電解質の性能に最も関連が深い酸素に関する構造解析はなされていない。本研究では、酸素の散乱能が大きい中性子を用いて600, 800$$^{circ}$$Cにてアニールした電解質材料の高温in-situ回折測定,構造解析を行い、酸素と劣化原因との関係について調べた。(Sc,Ce)添加ジルコニア電解質材料の720Kから300Kの最大エントロピー法解析から、焼結のみの試料は、720Kにおいて酸素の核散乱長密度の広がりが強く確認できるが、600$$^{circ}$$C, 1000時間アニールでは、その広がりが弱くなっていることがわかった。当日はYSZのアニール効果についても発表する。

口頭

in-situ中性子回折によるSOFC電解質アニール効果の考察

伊藤 孝憲*; 平井 岳根*; Wang, Z.*; 森 昌史*; 井川 直樹

no journal, , 

600, 800$$^{circ}$$Cにてアニールした電解質材料((Zr,Y)O$$_{2-delta}$$, (Zr,Sc,Ce)O$$_{2-delta}$$)の高温in-situ中性子回折測定を行いその結晶構造を解析した。600$$^{circ}$$C,1000時間アニールした(Zr,Sc,Ce)O$$_{2-delta}$$のMEM-リートベルト解析からアニールによって核散乱長密度分布の広がりが弱くなっていることがわかった。当日は他の結晶構造パラメータ、(Zr,Y)O$$_{2-delta}$$のアニール効果についても発表する。

口頭

固体酸化物型燃料電池空気極材料(La,Sr)(Co,Fe)O$$_{3-delta}$$の長期アニール効果

伊藤 孝憲*; 車田 全盛*; 西田 有希*; 平井 岳根*; 井川 直樹

no journal, , 

高純度(La,Sr)(Co,Fe)O$$_{3-delta}$$,低純度(La,Sr)(Co,Fe)O$$_{3-delta}$$において700$$^{circ}$$C,1000時間アニール前後の試料の中性子回折実験を行い、酸素の変化を考察した。高純度(La,Sr)(Co,Fe)O$$_{3-delta}$$はアニールによって酸素の原子変位パラメータが小さくなり、核密度分布が安定サイトに集中することが確認された。一方、低純度(La,Sr)(Co,Fe)O$$_{3-delta}$$はこれらのパラメータがアニールによってあまり変化しないことが確認された。これらの結果から高純度(La,Sr)(Co,Fe)O$$_{3-delta}$$はアニールによって酸素がさらに安定化するが、低純度(La,Sr)(Co,Fe)O$$_{3-delta}$$はアニールによって酸素の安定性が変化しないことが示唆された。

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