2研究成果／次世代電池

R-10

2024

BaZrO₃中のプロトン伝導と局所格子歪み

アピールポイント

伝導度の支配因子が添加元素により異なることを解明
【技術シーズ：第一原理計算／回帰分析／グラフ理論】

課題

・BaZrO₃の高いプロトン伝導度には低い活性化・会合エネルギーが必要

・活性化・会合エネルギーはYやScなどの添加元素種および濃度により変化

・そのドーパント濃度依存性のメカニズム解明が材料設計に必要

解決手段

・伝導度を決定づける拡散係数の活性化・会合エネルギーのグラフ理論と第一原理計算に基づく経路探索による評価

・経路上の結晶構造の回帰分析による特徴量抽出

・上記特徴量によるエネルギーへの影響をドーパント濃度ごとに調査

成果・新規性

・算出した活性化・会合エネルギーは実験値の変化をよく再現

・回帰分析によりエネルギーの支配因子抽出；Y：八面体回転、Sc：八面体歪み

・Sc系の八面体歪みメカニズムでは濃度によるエネルギーへの影響は変わらず、低い活性化および会合エネルギーを維持でき、高い伝導度を達成可能

・計算方法：平面波基底PAW法（VASPコード）、Nudged Elastic Band法、グラフ理論

期待される市場・応用

・プロトン伝導性燃料電池

・解明した伝導度変化メカニズムに基づく新規固体電解質の開発

謝　辞：本研究の一部は、JST CREST（JPMJCR18J3）および公益財団法人池谷科学技術振興財団の支援を受けて実施されたものである。

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