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2011-2

4探針SPMによるGDC粒内・粒界物性評価


技術のポイント

機能性多結晶セラミックスの粒内および単一粒界の導電挙動を直接定量的に評価

基礎研究


背景
SOFC電極をはじめとする電気化学デバイス開発において、交流インピーダンス測定等による従来の電極特性評価は、電極厚さ・面積方向における物性を平均化したものであり、ミクロンオーダーの局所的な解析は不可能であった。

目的
SOFCの固体電解質や燃料極に用いられるGDC(ガドリニウム固溶セリア)をモデル材料とし、粒内および単一粒界における導電挙動を直接定量的に評価する手法を開発し、結晶粒界が発電特性や耐久性に与える影響について検討する。

成果
(1) 粒内電気伝導はポアソン方程式の解から予想されるオーミック性を示した。
(2) 単一粒界を横切る方向の電気伝導は非オーミック挙動を示した。
(3) 粒界近傍において、ダブルショットキー障壁の形成が予想される。
多結晶体における粒界構造制御の重要性を示唆


図1. 粒内および単一粒界を横切る場合のI-V特性
図2. 単一粒界近傍における電位分布
図3. ダブルショットキー障壁のエネルギーモデル図



今後の展開
単一粒界の障壁を定量評価
電極/電解質界面における導電挙動の
定量的な解析
電気化学デバイスの開発・設計に応用

参考文献 須田聖一、川原浩一、木下久美子、燃料電池10 (2), 104-107 (2010).



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