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特集　水素社会で期待されるプロトン伝導性セラミックス

プロトン伝導セラミックスは，結晶内をプロトンが動くことから，水素ポンプや水素センサ，燃料電池など，水素社会で有用なデバイスとして注目されています．特に，プロトン伝導体を電解質として用いた燃料電池では，高効率に化学エネルギーを電気エネルギーに変換することが期待できるため，高性能化を目指した材料プロセッシングや特性解析やデバイス設計などの研究開発が進められてきております．そこで，本特集では，プロトン伝導セラミックスに関する最先端の研究成果を紹介していただきます．　（特集担当委員：幾原裕美，編集協力：クレイグ・フィッシャー（JFCC））

■ プロトン伝導性セラミックスを用いた電気化学デバイス

奥山　勇治

本稿ではプロトン伝導性セラミックスを用いた燃料電池，水素ポンプ，水素センサなどの電気化学デバイスについて紹介する．

★★オープンアクセス★★■ 中温作動電気化学デバイスのためのプロトン伝導性リン酸塩ガラス電解質

石山　智大・小俣　孝久

アルカリ－プロトン置換法と呼ぶ，高濃度にプロトンキャリアを注入する手法を用いて開発を進めている300℃前後の中温域での利用を想定したプロトン伝導性リン酸塩ガラスの研究開発状況を紹介する．

★★オープンアクセス★★■ イオンコンプレックス型プロトン伝導性複合体の合成と燃料電池への応用

前川啓一郎・文野　永遠・松田　厚範

本稿では，100℃以上の中温領域において高いプロトン伝導性を示すイオンコンプレックス型プロトン伝導性複合体として，CsHSO₄をベースとする無機－無機イオン複合型および無機－有機イオン複合型プロトン伝導体の合成とその物性について述べた．さらにこれらのプロトン伝導性複合体微粒子をポリベンゾイミダゾール（PBI）に添加したコンポジット電解質を作製し，中温・無加湿動作型燃料電池に応用した際の発電特性について紹介した．

■ 水和反応に着目したペロブスカイト型プロトン伝導体の開発

髙村　仁

ペロブスカイト型プロトン伝導体の水和反応に着目し，競合するキャリアの安定性をエネルギー論と局所構造の観点から概説する．また，Ba-Sc系酸化物でSc欠損を伴い多量のプロトンが導入される現象を紹介する．

■ プロトン伝導セラミック燃料電池の製造に向けたBaZrO₃系電解質のドーパントの最適化

見神　祐一・山内　孝祐・黒羽　智宏

次世代の高効率発電技術として期待されるプロトン伝導セラミック燃料電池について，製造過程において重要となるBaZrO₃系電解質とNiO燃料極との反応性の観点から，電解質材料の最適化を検討した．

■ プロトン伝導セラミック燃料電池のための空気極開発

松井　敏明・室山　広樹

プロトン伝導性セラミック燃料電池の性能を制限している要因の一つとして，空気極の過電圧が大きいことが挙げられる．高性能な空気極の開発を目指して，複合材料の適用による解決を試みており，本稿ではその一例について紹介する．

■ プロトン伝導セラミック燃料電池材料のための改良起電力法によるプロトン・酸化物イオン輸率の同時評価

籠宮　功・八木祐太朗

これまでの典型的な濃淡電池による起電力法では，酸化物のプロトン，酸化物イオン両輸率を正確に評価することが困難であった．この課題を解決するために，本稿では改良した起電力法を提案し，実際にこの手法で安定化ジルコニア（YSZ）　Sr₂Ti_0.95Al_0.05O_4-δ（STA05）の両イオン輸率を評価できることを述べる．

■ モデル電極を用いたPCFC空気極の反応評価

雨澤　浩史

中低温での高効率作動が期待されるPCFCでは，高性能な空気極開発が実用化への一つの課題とされている．本稿では，電極高性能化のための設計指針を確立すべく我々が取り組んでいる，モデル電極を用いた反応評価の研究例を紹介する．

■ 第一原理計算による燃料電池空気極候補材料LaMO₃（M＝遷移金属）のプロトン固溶性解析

田口　綾子・クレイグ　フィッシャー・小川　貴史・桑原　彰秀

本稿では，空気極母材の候補であるペロブスカイト型3d遷移金属酸化物LaMO₃（M=V-Ni）を対象として，密度汎関数理論に基づく第一原理計算を用いてプロトンの固溶性を評価した結果を紹介する．

■ BaZrO₃系電解質を用いたプロトン伝導セラミック燃料電池の高出力密度化

島田　寛之・山口　祐貴・鷲見　裕史・野村　勝裕・申　ウソク・水谷　安伸

CO₂耐性を有するYb添加BaZrO₃電解質材料として用いたプロトン伝導セラミック燃料電池（PCFC）の出力密度向上を目指し，電解質薄膜化や電極微構造制御等の部材開発を行った．本稿では，これらの検討結果を中心に産総研のPCFC開発状況について報告する．

■ 発電特性を左右するイオン・ホール輸送の数値解析─発電効率70％実現に向けたシミュレーション実証─

荒木　拓人・李　坤朋

プロトン伝導形セラミック燃料電池（PCFC）は，比較的低温から高効率発電が可能な一方，ホールがプロトンと反対方向に輸送されるホールリークが生じ，発電効率が下がる場合がある．そこでホールリークやプロトン伝導，過電圧を考慮したシミュレーションを行った．

くろすろーど　Life and Research in Japan

Yanna GUO

新 研究室紹介　愛媛大学　材料スコープ工学研究室（武部研究室）

武部　博倫