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R-2
2019

プロトン伝導体LaScO3の伝導キャリア濃度の理論計算




課題
LaScO3は次世代燃料電池として期待されているプロトン伝導体の一つであるが、そのプロトン伝導特性及び電子伝導性(リーク電流)に関する理論的な検証はほとんど行われていない。

解決手段
第一原理計算を用いて各種欠陥の生成濃度を定量評価しBaZrO3と比較した。

成果・新規性
第一原理ハイブリッド汎関数法により電気伝導キャリアの生成濃度を解析
電気伝導に寄与する欠陥はフリープロトンと酸素サイトに束縛されたホールポーラロンであることを解明
BaZrO3と比較してLaScO3はプロトンを高温まで保持できるがホール濃度が非常に高いためリーク電流の増大と輸率の低下という課題が示唆される。


実験方法: 第一原理計算(VASPコード)、熱平衡計算(Pydecsコード)
La0.8Sr0.2ScO3の欠陥濃度の温度依存性
p(O2) = 0.1 atm, p(H2O) = 0.02 atm
LaScO3の結晶構造
LaScO3とBaZrO3の電気伝導キャリアの比較



期待される市場・応用
・酸化物燃料電池、電池材料における欠陥濃度の理論評価
・半導体材料におけるキャリア濃度の評価

謝辞 本研究は、NEDOエネルギー・環境新技術先導プログラム「超高変換効率新規プロトン導電デバイスの開発」の支援を受けて行われた研究である。


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