고체 전해질에서 산화물 바카라 룰의 전도 경로의 세계 최초의 성공적인 시각화

도쿄 공과 대학 (Aizawa Masuo) 회장 (Aizawa Masuo 회장)과 과학 공학 대학원의 야시마 마사 토모 조교수, 그리고 리빙 환경 특수 연구소 (코바 야시 테츠히코 회장)의 노무르 라 카츠 히로 (Nomura Katsuhiro)의 최고 연구원 (Kobayashi Tetsuhiko 회장), 자문 산업 과학 및 기술 연구소 (Yoshika Hiroki 회장) Ltd (Nishikawa Akira 회장) 공동으로, 고온 중성자 회절 측정 데이터의 정확한 분석을 사용하여 공동으로빠른 산화물 바카라 룰 도체-Lantern Galate소프트 전해질내부 산화물 바카라 룰의 전도 경로를 성공적으로 시각화했습니다

Lantern Gallate는 세계에서 가장 높은 효율을 나타내는 저온 작동 유형입니다소프트 산화물 연료 전지 (SOFC)의 심장 인 고체 전해질에 사용됩니다 세 사람은 란타늄 갈 레이트에서의 산화물 바카라 룰의 분포와 바카라 룰의 전도 경로를 명확히하기 위해 노력하고있다 이 연구 결과는 SOFC의 성능과 연구 개발 속도를 가속화 할 것으로 예상됩니다

(a) 산화물 바카라 룰의 전도성 경로 O2- 이번에는 시각화 O2-ion이 흰색 화살표 (O1과 O2 사이)를 따라 흐르 우리를 나타냅니다 G는 갈륨의 위치를 나타냅니다		(b) 분자 역학에 의한 계산에서 추정 된 동일한 경로 O2-ons가 검은 색 화살표 (O1과 O2 사이)를 따라 흐르 우리를 나타냅니다 G는 갈륨의 위치를 나타냅니다
그림 란타넘 갤 레이트에서 산화물 바카라 룰의 공간 분포 및 공간 분포
*o 둘 다 (a) (b)2-바카라 룰의 전도 경로는 동일하지만 (a)는 o2- 바카라 룰의 공간 분포는 지속적으로 표현됩니다 o2-바카라 룰의 전도 경로가 시각화되었습니다 이것은 계산 (b)의 추정 전도 경로를 실험적으로 확인합니다

이 연구 결과는 네덜란드의 회사 인 Elsevier가 출판 한 국제 학술 저널입니다화학 물리학 편지2003 년 10 월 (Chemical Physics Letters) 잡지 (Vol 380) : "빠른 산화물 바카라 룰 도체의 전도 경로 및 장애(LA_0.8SR_0.2) (GA_0.8mg_0.15CO_0.05) O_2.8"

빠른 산화물 바카라 룰 도체는 환경 및 에너지 문제를 해결하는 차세대 연료 전지의 전해질에 사용되는 재료이며 산소 센서 및 촉매의 열쇠이기도합니다 Lanthanum Gallate는 빠른 산화물 바카라 룰 도체 중 하나이며 Oita University의 Takita Yusaku 교수와 Ishihara Tatsumi (현재 Kyushu University 교수)의 연구 그룹이 발견 한 새로운 자료입니다 전해질로서 란타늄 갈 레이트를 사용하는 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)는 지르코니아 기반 전해질을 사용하는 기존의 SOFC보다 더 높은 발전 효율을 가지며 차세대 SOFC로 주목을 받고 있습니다 현재 Kansai Electric Power Company와 Mitsubishi Materials는 주로 랜턴 갈 레이트 기반 SOFC를 개발하여 세계 최고 수준의 발전 효율성을 달성하기 위해 노력하고 있습니다

전해질 물질의 산화물 바카라 룰 전도도가 더 높을 때 SOFC의 성능은 증가하고, 산화물 바카라 룰 전도도는 전해질 물질의 결정 구조, 산화물 바카라 룰의 분포 및 전도 경로 (전도 경로)와 밀접한 관련이있다 란타늄 갈 레이트의 결정 구조는 많은 연구자들에 의해 조사되었지만, 결정 구조 및 전도 경로 내에서 산화물 바카라 룰의 분포에 관한 충분한 지식이 얻어지지 않았다 그 이유는 X- 선을 사용한 종래의 결정 구조 분석의 결과로, 전자 분포가 포착되었고, 종래의 단순한 결정 구조 모델에서 원자의 위치가 구체 또는 타원체로 표현되어 복잡한 산화물 바카라 룰의 전도 경로 및 분포를 적절하게 표현하는 것이 불가능하다는 사실 때문이다

이 연구에서, 산화물 바카라 룰 전도도가 우수한 코발트-도핑 된 란타늄 갈 레이트는 샘플로 사용되었고, 데이터를 고온 중성자 회절 및 구조 분석에 의해 획득 하였다 측정 샘플은 미쓰비시 재료에 의해 제조되었다 X- 레이 대신 중성자 빔을 사용함으로써, 우리는 전자에 의한 교란을 피함으로써 원자 핵의 분포를 성공적으로 포착했습니다 또한, 샘플을 고온으로 유지하면서 측정을 허용하는 고온 가열 장치를 사용하여 최대 1392 ° C의 높은 온도에서 높은 산화물 바카라 룰 전도도를 갖는 재료를 측정하여 실온에서 볼 수없는 바카라 룰의 분포를 명확하게 포착 할 수있게했습니다 획득 된 고온 중성자 회절 데이터는 AIST 및 도쿄 기술 연구소의 정보 이론을 기반으로했습니다최대 엔트로피 방법결정 구조 분석 방법 중 하나로Rietbert Method를 결합한 최신 분석 방법을 사용하여 수행되었고, 결정 구조 내에서 산화물 바카라 룰의 복잡한 분포를 도출하고 산화물 바카라 룰의 분포 상태를 시각화 할 수 있었다 결과적으로, 산화물 바카라 룰이 결정 구조 내에서 광범위한 범위에 걸쳐 지속적으로 분포되었고, 산화물 바카라 룰의 전도 경로가 밝혀졌다 또한, 우리는 다양한 온도와 획득 온도 의존성 데이터에 대한 실험을 수행했습니다

중성자 회절 측정을 위해, 우리는 일본 원자 에너지 연구소 및 Tokai Research Institute의 JRR-3M Research Reactor에 위치한 중성자 회절 장치 (장비 책임자 : Oyama Kenji 조교수)를 사용했습니다 가열 중에 샘플을 측정 할 때, 도쿄 기술 및 기타의 요시마 마사 토모 조교수가 공동으로 개발 한 고온 가열 장치 (1600 ° C의 최대 작동 온도)가 사용되었습니다

앞으로이 연구 결과를 다른 고체 전해질 재료의 구조 분석 방법으로 적용하고 연료 전지 응용뿐만 아니라 다양한 기능성 재료의 최적 설계에도 사용할 계획입니다

◆ 빠른 산화물 바카라 룰 도체

고체 또는 액체의 산화물 바카라 룰 (O²-)는 산화물 바카라 룰 도체라고하는 움직일 수있는 재료입니다 이 중에서, 바카라 룰을 고속으로 움직일 수 있고 전도도가 01 s/cm 이상인 것을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

◆ 랜턴 갈라테

구성 요소로서 란타늄, 갈륨 및 산소를 함유하는 페 로브 스카이 트 형 결정 구조를 갖는 화합물 스트론튬, 마그네슘, 코발트 등의 첨가는 높은 산화물 바카라 룰 전도도를 초래합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 소프트 전해질

바카라 룰이 고체를 통해 움직일 때 전하를 전달하고 전기를 전달하는 물질[참조로 돌아 가기]

◆ 소프트 산화물 연료 전지 (SOFC)

전해질로 고체 산화물을 사용한 연료 전지 배터리의 작동 온도는 700-1000 ° C에서 높기 때문에 고체 중합체 연료 전지 (PEFC)보다 더 높은 발전 효율을 제공 할 것으로 예상됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ Rietbert Method

분말 X- 선 및 중성자 회절 패턴으로부터 결정 구조 파라미터 및 격자 상수를 개선하는 분석 방법 이 연구는 일본 재료 및 재료 연구 연구소의 Izumi Fujio 박사가 개발 한 Rietan2000을 사용했습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 최대 엔트로피 방법

정보 이론에 기초하여 분말 회절 데이터를 분석하는 방법으로, 실험에서 얻은 결정 구조 파라미터와 관련하여 전자 밀도 및 핵 밀도 분포가 가능한 한 분산 될 수있게한다 Nagoya University의 Sakata Makoto 교수 그룹이이를 분말 회절 데이터에 적용한 것은 이번이 처음입니다 이 연구는 일본 재료 및 재료 연구 연구소를 기반으로합니다RDilanian우리는 최근 Izumi Fujio 박사가 개발 한 소프트웨어 Prima를 사용했습니다[참조로 돌아 가기]