抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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・固体酸化物形燃料電池のNi-YSZの多孔質電極形成,電極三相界面反応の解明と高性能化の指針獲得。
・電極三相界面反応解明では,第一原理計算を基にしたボトムアップ手法と電流-電圧特性を基にしたトップダウン手法を使用し,これらの連携も検討。
・原子解像度電験観察によりNi-YSZの実界面構造観察により原子レベル構造を明らかにし,原子構造モデルを構築。
・このモデルを基に反応動力学のシミュレーションに必要なポテンシャルパラメータの最適化を行い,ポテンシャルの高精度化を達成し,理想的な界面構造と実構造の界面反応の相違を解明。
・ボトムアップ手法では,複数の電荷移動反応を考慮したμKMシミュレータと並列化KMC法によるシミュレータを開発し,マルチスケールシミュレーションを行い,他研究との3桁の反応速度の相違の原因を説明する律速因子を特定。
・電極構造形成のNiO-YSZの焼結プロセスに使用する動的モンテカルロロボッツ法の基礎コードを開発し,NiO→Ni還元プロセスについて結晶粒界を考慮したフェーズフィールド法のモデルを考案し,多孔質構造形成のマルチスケールシミュレーションを検討。
・KMC法の焼結予測を用いて棒状YSZ粉末とNiO粉末の混合物からの電極を作製したが,初期分極抵抗は低いが劣化率が大となる結果。
・多孔質構造形成では,分子動力学計算で,表面拡散過程を明らかにし,表面拡散係数を第一原理で導出し,フェーズフィールドシミュレータによりマルチスケールシミュレーションを行い,SOFC燃料ガス中の硫黄濃度による焼結特性の相違を解明。
・アップダウン手法では,格子Boltzmann手法を実電極構造に適用し,三相界面電流を,温度,水素圧,水蒸気圧で表す式を導出し,パラメータの解明。
・第一原理計算を用いて電極三相界面酸化反応を検討し,三相界面モデルを構築し,ドーパントに依存してメカニズムが異なることを示し,並列化KMC法に第一原理計算からの速度論的情報を用いて過電圧-電流密度を求めるシミュレーション法の開発。
・La
1-xSr
xCoO
3-δの空気燃料電池の電極をモデルとして第一原理計算により酸素の吸着,解離,格子への取り込みを解析し,酸素空孔拡散の重要性を示唆し,酸素の吸着,解離,拡散の連成がSr偏析に大きく依存。
