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J-GLOBAL ID：201802216303836970   整理番号：18A1426118

酸素イオン伝導性およびプロトン伝導性固体酸化物燃料電池におけるSr_3Fe_2O_7カソードを用いた発散反応に関する第一原理研究【JST・京大機械翻訳】

A first-principles study on divergent reactions of using a Sr₃Fe₂O₇ cathode in both oxygen ion conducting and proton conducting solid oxide fuel cells

著者 (8件)： Tan Wenzhou (CAS Key Laboratory of Materials for Energy Conversion, Department of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei, 230026 Anhui, China. [e-mail] [e-mail]) ,  Huan Daoming ,  Yang Wenqiang ,  Shi Nai ,  Wang Wanhua ,  Peng Ranran ,  Wu Xiaojun ,  Lu Yalin
資料名： RSC Advances (Web)  (RSC Advances (Web))
巻： 8  号： 47  ページ： 26448-26460  発行年： 2018年 
JST資料番号： U7055A  ISSN： 2046-2069  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： イギリス (GBR)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： 緩慢なカソード反応に対する探索機構は固体酸化物燃料電池(SOFCs)にとって非常に重要であり,それは適切なカソード材料の開発に役立ち,カソード反応速度を加速する。さらに,一つのカソードに対する可能な反応機構は,酸素イオン伝導性SOFCs(O-SOFC)およびプロトン伝導性SOFCs(P-SOFCs)中で運転するときに異なるべきであり,したがって,それらは異なる反応速度をもたらす。本研究では,Ruddlesden-Poper(R-P)酸化物,Sr_3Fe_2O_7(SFO)を,O-SOFCsとP-SOFCsの両方の有望なカソードとして選択した。第一原理アプローチを用いて,このカソード表面上のO_2反応の微視的理解を,両方のセルで操作して研究した。La_0.5Sr_0.5Co_0.25Fe_0.75O_3(LSCF)と比較して,酸素空孔の低い形成エネルギーとSFO中の酸素イオンの低い移動エネルギー障壁は酸素伝導をより好ましくし,それはO-SOFCsのカソード反応に必須である。それにもかかわらず,大きなエネルギー障壁(2.28eV)がSFO(001)表面上の酸素解離反応に対して予測され,一方LSCF(001)表面上にはゼロ障壁が存在した。この結果は,SFOが酸素還元に対してより弱い活性を示し,それは低い表面エネルギーと特異的なR-P構造に起因する可能性があることを明確に示している。興味深いことに,P-SOFCsにおいて,SFO(001)表面上のプロトンの存在は,エネルギー障壁を約1.46~1.58eVに大きく低下させることができた。さらに,表面プロトンは,SFO(001)表面上の酸素吸着と解離に役立つ。この結果は,プロトンに対する非常に低い形成エネルギーと移動エネルギー障壁と共に,SFOがO-SOFCsよりもP-SOFCsにおいてより効果的に働くことを示唆するように思われる。また,SFO表面における多くのプロトンが水形成過程に対する高エネルギー障壁をもたらし,試験雰囲気中の過剰範囲の水蒸気濃度がセル性能に負の影響を及ぼす可能性があることを示唆した。著者らの研究は,最初に,それらの異なる動作機構に従って,O-およびP-SOFCsの両方で実行する一つのカソードに対する異なるエネルギー障壁を明らかに提示した。結果は,酸素還元反応に向けてカソードを使用するための制約を見出し,SOFCs用の効果的な酸化物カソード材料を開発するのに役立つであろう。Copyright 2018 Royal Society of Chemistry All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】

シソーラス用語： *第一原理 ,  *カソード ,  *酸素 ,  反応機構 ,  反応速度 ,  表面エネルギー ,  *固体酸化物燃料電池 ,  *酸化物 ,  *陽子
準シソーラス用語： 酸素還元 ,  エネルギー障壁 ,  形成エネルギー ,  酸素空格子点 ,  カソード材料【電池】 ,  *酸素イオン , 【Automatic Indexing@JST】

分類 (1件)： 燃料電池  (YB04040V)

タイトルに関連する用語 (6件)： 酸素イオン ,  プロトン伝導性 ,  固体酸化物燃料電池 ,  カソード ,  第一原理 ,  研究