プラセオジム・ニッケル酸化物の高い酸素透過率の原因を解明

本研究成果のポイント

• プラセオジム・ニッケル酸化物にガリウムと銅を添加することにより、酸素透過率が高くなる仕組み、また、この添加した酸化物中に動きやすい酸素原子が大量にできる仕組みを解明
• 酸素透過率を支配するパラメーターが核密度※１であることを発見
• 新しいイオン伝導体の開発や、固体酸化物形燃料電池の性能向上等が期待

【概要】

 東京工業大学大学院理工学研究科の八島正知（やしま　まさとも）教授と九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所／工学研究院の石原達己（いしはら　たつみ）教授らは共同で、ガリウムと銅を含むプラセオジム・ニッケル酸化物が高い酸素透過率を持つ仕組みを解明した。この酸化物は、燃料電池材料や酸素透過膜材料として応用が期待されている化合物である。
 この酸化物の結晶構造（原子配列）を中性子回折、放射光X線回折などで詳細に解析した結果、同酸化物には大量の過剰酸素が結晶の格子の間に存在していることが分かった。その理由は、ガリウムが大量の酸素原子を格子間に入れる機能を持ち、銅が結晶格子上の酸素を動きやすくさせる働きを持つためであることを解明した。また、温度上昇時には、格子上にある酸素と格子の間にある酸素の分布が連結することで、酸化物イオンの移動が起こることが確認され、その原子核の密度が酸素透過率とともに増加することを明らかにした。
 本成果は、酸素透過率に優れたイオン伝導体の設計に新しいコンセプトを示すもので、新しいイオン伝導体の開発につながる。高い酸素透過率を持つイオン伝導体は、空気中から酸素を効率良く取り込めるため、固体酸化物形燃料電池※２等の性能向上と研究開発の加速も期待される。
 本成果は米国化学会の学術誌Chemistry of Materialsのオンライン版に10月15日に掲載された。また冊子版に印刷中である。

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