2025年度

JFCC研究成果集

独創的研究で社会変革に対応 ~マテリアル新時代へ~

2研究成果 / 次世代電池

R-13

2025

SDGs7

希土類リン酸塩のプロトン伝導体の探索

SDGs7

アピールポイント

固溶量、伝導性が優れる新規プロトン伝導体候補を提案
【技術シーズ:第一原理計算】

背景・課題

・希土類リン酸塩は次世代プロトン伝導体の候補であるが、より優れたプロトン伝導性を示す希土類元素および添加元素の最適な組み合わせは不明​

・次世代プロトン伝導性セラミック燃料電池の実用化に向けて、プロトンの固溶特性および伝導特性に優れた材料の探索を行う。

解決手段

・YPO4およびScPO4にプロトンを固溶させるため、2価の添加元素を導入​

・点欠陥形成エネルギーの第一原理計算により点欠陥の熱平衡濃度を定量化​

・会合エネルギーと移動エネルギーの第一原理計算によりプロトン伝導性を評価​

成果・新規性

①Ca添加、Mg添加によってプロトン(OHO)の濃度が高くなることを解明

②YPO4およびScPO4において、プロトンがc軸方向のチャンネルを通って長距離拡散することを確認

③プロトン濃度と活性化エネルギーを評価し、新規プロトン伝導体の候補組成
(Sr添加YPO4、Ca添加YPO4、Ca添加ScPO4、Mg添加ScPO4)を提案

欠陥・キャリア濃度の温度依存性
(Ca添加YPO4の例)
プロトンの移動エネルギー(YPO4の例)
プロトン濃度と活性化エネルギーの
添加元素依存性

期待される市場・応用

・燃料電池

発表文献

G. Lee, T. Ogawa, K. Shitara, and A. Kuwabara, Phys. Chem. Chem. Phys., 26,(2024) 27660​

謝 辞:本研究は、JSPS科研費(22H05146)で実施されたものである。

担当者:イ・ギョンソ、小川貴史、設樂一希、桑原彰秀