天涯社区

• 固体酸化物形燃料电池（厂翱贵颁, ^※1）の中温动作（300℃）に不可欠な高プロトン伝导性酸化物を开発
• 高いプロトン伝导率を発现するメカニズムを计算机シミュレーションにより解明
• 厂翱贵颁の実用化や大型トラックなどへの多用途化が期待される

厂翱贵颁は、高効率かつ高耐久な燃料电池の１つです。水素を燃料とし、発电时に二酸化炭素を排出しない発电デバイスであり、水素エネルギー社会実现に向けた中核技术として注目されています。しかし、発电の动作温度は700词800℃と高く、高価な耐热材料の使用による材料コストが课题となっています。もし300℃程度の中温度域で発电できれば、より安価な耐热材料の使用によるコスト削减が期待されますが、この温度域で十分な性能を持つ电解质材料はこれまで见つかっていませんでした。

九州大学エネルギー研究教育机构?工学府材料工学専攻の山崎仁丈教授の研究グループは、スズ酸バリウム（BaSnO3）とチタン酸バリウム（BaTiO3）にスカンジウム（Sc）を高濃度で置換することで、SOFCの電解質材料に求められる「プロトン伝導率が0.01 S cm-1以上」という条件を、300℃で達成するプロトン伝導性酸化物（※2）の開発に成功しました（図１）。さらに、この高いプロトン伝導がなぜ発現したのかを明らかにするために、山形大学の笠松秀輔准教授らが機械学習ポテンシャル（※3）を用いた分子動力学シミュレーション（※4）を、九州大学の村上恭和教授らが透過型電子顕微鏡（※5）による構造観察を行いました。その結果、ScO6八面体が連なった特徴的な原子配列が、結晶内での高速なプロトンの移動を可能にしていることが解明されました。

今回の発见は、プロトン伝导性酸化物が1981年に発见されて以来、その高性能化を阻むプロトントラップ回避方法を初めて提案、実証した点に意义があります。これにより、低コストな中温动作厂翱贵颁の実现に繋がり、厂翱贵颁の実用化や多用途化を大きく加速させることが期待されます。

本成果は英国の雑誌「Nature Materials」に2025年8月8日（金）午後6時（日本時間）に掲載されました。

(※1) 固体酸化物形燃料電池（SOFC）
固体酸化物を电解质として用いた燃料电池。商用化されているものは700～800℃という高温で动作しており、他の燃料电池と比べて高いエネルギー変换効率を有する。高温に耐えうる材料で构成する必要があるため材料コストが高く、低温动作化による构成材料コストの低减が求められている。

(※2) プロトン伝導性酸化物
固体中をプロトンが伝导可能な酸化物材料のこと。プロトンの伝导速度を表すのがプロトン伝导率。

(※3) 機械学習ポテンシャル
量子力学の原理に基づく「第一原理计算」の结果を机械学习し、原子间に働く力を高速に计算する手法。第一原理计算と同等精度の结果を100词10000倍高速に取得可能。

(※4) 分子動力学シミュレーション
ニュートンの运动方程式に従って原子や分子の运动をシミュレーションする计算手法。

(※5) 透過型電子顕微鏡
光の代わりに电子ビームで透かして试料を撮影し、原子レベルの内部构造までナノスケールで観察可能な超高解像度の顕微镜のこと。

掲載誌：Nature Materials
タイトル：Mitigating proton trapping in cubic perovskite oxides via ScO6 octahedral networks
著者名：Kota Tsujikawa, Junji Hyodo, Susumu Fujii, Kazuki Takahashi, Yuto Tomita, Nai Shi, Yasukazu Murakami, Shusuke Kasamatsu and Yoshihiro Yamazaki
顿翱滨：

• 本件の详细はこちら