酸化物における酸素不定比の精密測定と材料物性に与える影響の解明
電子とイオンをどちらも通すことができる材料は、混合伝導性酸化物と呼ばれ、SOFCの電極材料やガス分離・精製用のガス透過膜など応用されています。これらの酸化物の多くは、使用される温度やガス条件に応じて、結晶中の欠陥濃度が大きく変化するものがあります。たとえば、SOFCの空気極材料として一般的な(La, Sr)(Co, Fe)O3などの酸化物では、高温・低酸素分圧条件になると、酸化物中の酸素の一部が結晶の外に飛び出し、結晶内に酸素の空孔を作ります。固体イオニクスの世界では、この酸素の欠損量をδで表し、材料の化学式を(La, Sr)(Co, Fe)O3-dのように記述します。このように、結晶中の欠陥の種類や濃度が変化することによって、材料の組成が定比からずれる性質のことを、「不定比性」と呼びます。(La, Sr)(Co, Fe)O3- dのようなSOFC電極材料の電子・イオン混合伝導性および優れた触媒活性の発現には、酸素空孔の発生、すなわち「酸素不定比性」が密接に関係していることがわかっています。また酸素不定比性は材料の結晶構造や機械的強度の変化を引き起こすことも知られています。つまり、「酸素不定比性」は材料の機能性、強度、信頼性を決定づける非常に重要な現象であり、どのような条件でどのくらいの量の酸素空孔が生成するか、また生成した酸素空孔により材料特性がどのように変化するかを明らかにすることは、燃料電池や蓄電池などのエネルギー変換・貯蔵デバイスを設計する上で必要不可欠な情報です。雨澤研究室では不定比性を示す機能性材料の不定比性発現メカニズムの解明や材料特性への影響評価に取り組んでいます。
