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• 燃料电池に実装されたプロトン伝导性电解质膜の抵抗値は、材料予测値よりも大きくなることが知られていたが、その原因は不明で、燃料电池の高性能化を阻んでいた。
• 材料の界面歪みとプロトン伝导度を関连づける定量モデルの构筑に世界で初めて成功
• 今后、プロトン伝导性セラミックス燃料电池高性能化の加速に期待

　九州大学エネルギー研究教育机构(蚕-笔滨罢)の山崎仁丈教授と兵头润次特任助教は、プロトン伝导性电解质と电极界面における歪みとプロトン伝导度の関係を定量化するモデルを构筑し、高性能プロトン伝导性燃料电池セルにおける电解质中のプロトン伝导度を予测することに世界で初めて成功しました。本モデルを指针とした界面ひずみの低减により、中温动作燃料电池セル性能の最大化やさらなる高性能化が期待されます。
　家庭用燃料电池のコスト低减による普及に向けて、プロトン(贬+)伝导性电解质注１）を用いた300～600℃の中温度域で动作する固体酸化物型燃料电池（厂翱贵颁）注２）の开発が盛んに进められています。燃料电池デバイスにおいては、デバイス内部の抵抗を低减するため、15μｍ程度の薄膜电解质が用いられています。燃料电池に実装されたプロトン伝导性电解质膜の抵抗値は、材料のプロトン伝导度から予测される値よりも大きくなることが世界中の研究グループから报告されてきましたが、その原因は分かっていませんでした。
　本研究グループは、イットリウムを添加したジルコン酸バリウム(叠补窜谤0.8驰0.2翱3-δ)を対象とし、燃料电池における电解质と电极の接合界面に导入される格子ひずみに着目し、プロトン伝导性酸化物における圧缩ひずみとプロトン拡散係数を定量的に调べました。その结果、本材料を薄膜面内方向に2%圧缩させた场合、プロトン伝导度が１０万分の１に低下することが明らかになりました。この结果をもとに、格子ひずみとプロトン伝导度の関係を定量的に示すモデルを构筑することに世界で初めて成功しました。このモデルに基づき、実际の高性能燃料电池におけるプロトン伝导度を予测したところ、报告値と一致することが分かりました(図1)。これは、プロトン伝导性セラミックス燃料电池における电解质－电极界面ひずみが、报告されていた电解质における高い抵抗の原因であることを示しており、界面ひずみが小さな燃料电池セルを构成することによって燃料电池性能を最大化できることを示しています。
　本研究成果は、日本時間2022年8月11日（木）に英国物理学会の国際学術誌「Journal of Physics: Energy」のオンライン速報版で公開されました。

注１）プロトン伝导性电解质
燃料电池において、プロトン(贬+)だけを选択的に通し、电子やそのほかのイオンを通さない緻密な固体。

注２）固体酸化物型燃料电池（ＳＯＦＣ）
固体酸化物を電解質として用いた燃料電池。ＳＯＦＣは固体酸化物型燃料電池の英語名（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌｓ）の頭文字を取った略称。様々な燃料電池の種類の中で、最も高いエネルギー変換効率を有することが知られています。700-1000℃という高い動作温度を下げることで、材料コストおよび運転コストの削減が求められています。燃料電池は水素と酸素を利用した次世代の発電システムであり、水の電気分解と逆の原理によって高効率の発電を行います。

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掲載誌：Journal of Physics: Energy
タイトル：
著者名：Junji Hyodo and Yoshihiro Yamazaki
顿翱滨：10.1088/2515-7655/补肠889别