報告書番号

Q11009

タイトル（和文）

SrTiO3系ペロブスカイト材料のSOFC部材への応用(3)－空気中における焼結性と導電性の機構解明－

タイトル（英文）

Application of SrTiO3-based perovskites to components in SOFC (3)-Mechanisms of sintering and electrical conduction in air -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

円筒横縞形固体酸化物燃料電池(SOFC)は、事業用大規模発電プラントとして開発が進められている。インターコネクタには(Sr,La)TiO3系ペロブスカイトが用いられているが、その組成等詳細は公表されておらず、また性質についても学術的な報告も少ない。本研究では、高電気抵抗相であるルドルスデン-ポッパー相の発現を防ぐことが可能なAサイト不足組成(Sr,La)1-xTiO3系ペロブスカイトに着目し、インターコネクタに不可欠な性質である焼結性と導電性を調べた。その結果、(1)TiO2の存在は焼結性を著しく向上させること、(2)導電率は時間と共に低下することを見出した。この系は分析による解析が難しいことから、第一原理計算による現象解明を試みた。その結果、第一原理計算により求めたTiO2中のTiの移動エネルギーは最も低いことから、このTi元素の拡散が焼結性を向上させる要因であることが示唆された。また、ペロブスカイト中の拡散経路について移動距離を計算した結果、導電性を発現しているSrOが粒界から再び格子中に戻ることで減少することおよびSrとTiの空孔を経由した拡散により高電気抵抗相が形成されることで導電率が減少すると考えられた。

概要 （英文）

(Sr,La)TiO3-based perovskites are used as interconnects in a segmented-in-series tubular solid oxide fuel cells (SOFC). However, detailed information for the interconnect, such as its compositions, sintering and electrical properties, has not been reported. In this report, (Sr0.7La0.3)1-xTiO3 (x=0, 0.12, 0.15) powders have been synthesized by the solid-state mixing method and the sintering electrical properties of the dense samples have been measured in air. Additionally, to clarify the mechanisms of these properties, the migration energy of each ion in lattice has been calculated by the first-principles calculation.
The sintering characteristics of (Sr0.7La0.3)1-xTiO3 increased with increasing A-site deficiency in perovskite. Especially, the (Sr0.7La0.3)0.85TiO3 sample with TiO2 showed the dramatic enhancement of sintering. For electrical conductivity, (Sr0.7La0.3)0.85TiO3 sample showed the lowest value at SOFC operating temperature of 1173K, because TiO2 is an insulator. It was found that the conductivity of all samples decreased with time. The results of migration energy can explain the sintering enhancement and the time-dependent characteristics of the conductivity.

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