奥山 勇治 (オクヤマ ユウジ)

OKUYAMA Yuji

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所属

工学教育研究部 環境・エネルギー工学研究センター担当

職名

教授

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学位 【 表示 / 非表示

  • 博士(工学) ( 2008年3月   名古屋工業大学 )

研究分野 【 表示 / 非表示

  • ナノテク・材料 / 無機物質、無機材料化学

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 電子デバイス、電子機器

  • ナノテク・材料 / 金属生産、資源生産

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Tailored and Improved Protonic Conductivity through Ba(Z<inf>x</inf>Ce<inf>10−x</inf>)<inf>0.08</inf>Y<inf>0.2</inf>O<inf>3−δ</inf> Ceramics Perovskites Type Oxides for Electrochemical Devices 査読あり

    Leonard K., Okuyama Y., Ivanova M.E., Meulenberg W.A., Matsumoto H.

    ChemElectroChem   9 ( 4 )   2022年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ChemElectroChem  

    Acceptor-doped barium zirconate cerate electrolytes constitute prospective materials for highly efficient and environmentally friendly electrochemical devices. This manuscript employs a systematic approach to further optimize ionic conductivity in Ba(ZrxCe10−x)0.08Y0.2O3−δ, (1≤x≤9) oxides for moderate temperature electrolysis. We found two new composition variants by fixing a cerium/zirconium ratio of 5/4 at the perovskite B-site with incremental zirconium, an observation that contrasts many reports suggesting a linear decrease in conductivity with increasing zirconium. As a result, the composition BaZr0.44Ce0.36Y0.2O3−δ demonstrates a superior ionic conductivity (10.1 mS cm−1 at 500 °C) to stability trade-off whereas, BaZr0.16Ce0.64Y0.2O3−δ exhibits the highest conductivity (11.5 mS cm−1 at 500 °C) among the studied pellets. The high protonic conductivity is associated with a high degree of hydration, as confirmed by thermo-gravimetric analysis. In addition, both compositions as electrolytes allow successful hydrogen production in a steam electrolyzer prototype. Electrolysis voltage as low as 1.3 V is attainable at current densities of 600 and 500 mA/cm2 respectively at 600 °C, achieving 82 % current efficiencies with the later electrolyte.

    DOI: 10.1002/celc.202101663

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  • Phase Transitions, Thermal Expansions, Chemical Expansions, and CO<inf>2</inf>Resistances of Ba(Ce<inf>0.8-x</inf>Zr<inf>x</inf>Y<inf>0.1</inf>Yb<inf>0.1</inf>)O<inf>3-δ </inf>(x = 0.1, 0.4) Perovskite-Type Proton Conductors

    Nomura K., Shimada H., Yamaguchi Y., Shin W., Okuyama Y., Mizutani Y.

    Journal of the Electrochemical Society   169 ( 2 )   2022年2月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of the Electrochemical Society  

    The phase transitions, thermal expansions, chemical expansions, and CO2 resistances of Ba(Ce0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1)O3-δ (BCZYYb7111) and Ba(Ce0.4Zr0.4Y0.1Yb0.1)O3-δ (BCZYYb4411) have been investigated via high-temperature X-ray diffraction in controlled atmospheres (dry N2, wet N2, and dry 33.3 vol% CO2. 66.6 vol% N2) on cooling from 1173 to 298 K. Two phase transitions (cubic (Pm3P m) to trigonal (R3P c) and trigonal (R3P c) to monoclinic (I2/m)) were observed for BCZYYb7111, whereas one phase transition (cubic (Pm3P m) to trigonal (R3P c)) was observed for BCZYYb4411 when the samples were prepared at 1873 K in air Dehydrated BCZYYb7111 and BCZYYb4411 (by firing at 1273 K for 10 h in dry N2) showed trigonal (R3P c) and cubic (Pm3P m) symmetries, respectively, at 298 K in dry N2. BCZYYb7111 and BCZYb4411 exhibited linear thermal expansion coefficients (LTECs) of 10.7 × 10-6 K-1 and 10-1 × 10-6 K.1, respectively, from 973 to 1173 K in dry N2 and maximum chemical expansion rates (CERs) of 0.33% and 0.29%, respectively, at 773 K. BCZYYb7111, which has a higher Ce/Zr ratio, exhibited larger LTEC and CER values than BCZYYb4411, whereas BCZYYb4411, which has a lower Ce/Zr ratio, exhibited higher CO2 resistance than BCZYYb7111.

    DOI: 10.1149/1945-7111/ac5480

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  • Evaluation of the Oxygen Migration Energy in Doped Ceria by Terahertz Spectroscopy 査読あり

    Nagai M., Furutani Y., Takehara H., Morimoto T., Ashida M., Okuyama Y., Kani Y.

    Physical Review Applied   16 ( 6 )   2021年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Physical Review Applied  

    We measure the terahertz conductivity of doped ceria by terahertz time-domain spectroscopy at different temperatures to characterize the shape of the potential associated with microscopic ion hopping. The experimental results for Gd- and La-doped ceria show that the activation energy in doped ceria is larger than that in stabilized zirconia. This result can be explained by a simple rigid-body model with the assumption of doping-induced lattice expansion, i.e., by considering the gap between cations. Our results for conventional fluorite-type solid-oxide electrolytes show that terahertz spectroscopy can be used to investigate fast microscopic ionic conduction in various electrolytes, which cannot be accessed through conventional impedance measurements.

    DOI: 10.1103/PhysRevApplied.16.064069

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  • Accelerated Discovery of Proton-Conducting Perovskite Oxide by Capturing Physicochemical Fundamentals of Hydration 査読あり

    Hyodo J., Tsujikawa K., Shiga M., Okuyama Y., Yamazaki Y.

    ACS Energy Letters   6 ( 8 )   2985 - 2992   2021年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACS Energy Letters  

    Proton-conducting perovskite oxides are attractive as electrolytes for environmentally friendly electrochemical devices, giving rise to a demand for a variety of oxides. However, complex phenomena occurring during hydration present challenges for expanding the materials library. Herein, we demonstrate the accelerated discovery of a proton-conducting oxide using data-driven structure-property maps for hydration of 8613 hypothetical perovskite oxides in descriptor spaces characterized as important by gradient boosting regressors. We constructed trustworthy hydration training data sets for 65 compounds, including literature data, by performing thermogravimetry measurements on 22 perovskites. Knowledge-based target variable engineering was necessary to capture the physicochemical fundamentals of hydration and attain high accuracy for predicting proton concentration against temperature in unknown compositions extrapolated from training data sets. The model nominates the SrSnO3 host, which was not previously recognized for proton incorporation or proton conduction, and SrSn0.8Sc0.2O3-δ demonstrated proton incorporation and conduction. The results are promising for accelerating development and applications of proton-conducting oxides.

    DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01239

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  • Optimum dopant of barium zirconate electrolyte for manufacturing of protonic ceramic fuel cells 査読あり

    Kuroha T., Niina Y., Shudo M., Sakai G., Matsunaga N., Goto T., Yamauchi K., Mikami Y., Okuyama Y.

    Journal of Power Sources   506   2021年6月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Power Sources  

    We examine ceramic tape-casting and anode electrolyte co-firing for large-scale manufacturing of protonic ceramic fuel cells. We confirm the reactivity of Ni, a commonly used anode, with BaZr0.8M0.2O3−δ (BZM20: M = Sc, In, Lu, Yb, Y or Gd). Addition of 0.4 mol% NiO to BZM20 and co-firing at 1778 K, produces BaM2NiO5 for M = Y and Gd. No reaction occurs for M = Sc, In, Lu and Yb. The proton conductivity of all BZM20s decreases by approximately 30% because of NiO doping and dehydration on dissolution NiO. Energy efficiency and power density calculations of the fuel cells based on measured proton and hole conductivities indicate respective decreases of approximately 10% and 75% ecause of the formation of a solid solution of NiO. We fabricate fuel cells by the tape-casting and anode electrolyte co-firing with BZM20 (M = Yb or Y). For M = Y, the cell cannot be fabricated because formation of BaY2NiO5 causes cell cracking. Conversely, when M = Yb, a cell with a maximum output of 0.5 Wcm−2 at 873 K is fabricated. Hence, BZYb20 is a suitable material for tape-casting and anode electrolyte co-firing.

    DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.230134

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MISC 【 表示 / 非表示

  • プロトン伝導性セラミックスの基礎研究と応用展開 招待あり

    奥山勇治

    燃料電池誌   19   7 - 15   2020年4月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

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  • 白金を分散したプロトン伝導性酸化物に見られるナノイオニクス

    松本広重, 酒井孝明, 奥山勇治

    ケミカルエンジニアリング   56   737 - 740   2011年10月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:化学工業社  

  • α-アルミナ単結晶のプロトン伝導性

    奥山勇治、栗田典明、武津典彦

    Journal of MMIJ   125 ( 6-7 )   389 - 394   2009年6月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:社団法人資源素材学会  

講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • YbをドープしたBaZrO3のプロトン伝導特性と燃料電池への応用

    奥山 勇治、黒羽 智弘、見神 祐一、山内 孝祐、島田 寛之、山口祐貴、水谷 安伸

    電気化学会88回大会  2021年3月22日 

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    開催年月日: 2021年3月21日 - 2021年3月23日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Development of electrochemical device using protonic ceramics 招待あり 国際会議

    Yuji Okuyama

    45th International Conference & Exposition on Advanced Ceramics & Composites 2021  2021年2月8日 

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    開催年月日: 2021年2月8日 - 2021年2月11日

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • プロトン伝導性セラミックス燃料電池を流れる⽔素イオン電流測定

    奥⼭勇治、⿊⽻智宏、⾒神祐⼀、⼭内孝祐、 島⽥寛之、⼭⼝祐貴、⽔⾕安伸

    第29回SOFC研究発表会  2020年12月18日 

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    開催年月日: 2020年12月18日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • プロトン伝導性セラミックスを用いた水素ガスセンサーの開発

    奥山勇治、岩井翔、常吉孝治

    第46回固体イオ二クス討論会  2020年12月8日 

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    開催年月日: 2020年12月8日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 超高変換効率を有したPCFC電解質の開発状況 招待あり

    奥山 勇治

    第118回SOFC研究会  2020年11月11日 

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    開催年月日: 2020年11月11日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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受賞 【 表示 / 非表示

  • PACRIM13 FCDICポスター賞

    2019年10月   宮崎大学  

    辻川皓太

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    受賞区分:国際学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

  • 田川記念固体化学奨励賞

    2017年3月   電気化学会 固体化学新しい指針を探る研究会   プロトン伝導性酸化物の欠陥構造と電気化学デバイスへの応用

    奥山勇治

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

  • 第48回日本銅学会論文賞

    2014年11月   日本銅学会  

    栗田典明、奥山勇治、大島智子、木股幸司、寺西祐紀、武津典彦

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    受賞区分:学会誌・学術雑誌による顕彰  受賞国:日本国

科研費(文科省・学振・厚労省)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • プロトン伝導性酸化物中の内部ポテンシャル分布制御による機能創製

    2016年04月 - 2019年03月

    科学研究費補助金  若手研究(A)

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    担当区分:研究代表者 

  • 酸化物の微視的欠陥制御による高プロトン伝導性材料の設計

    2013年04月 - 2016年03月

    科学研究費補助金  若手研究(A)

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    本研究では化学的安定性、高い機械的強度を備えた酸化物型プロトン伝導体のプロトン伝導性を最大限まで向上させる材料設計指針を明らかにし、発電システムとして実用に耐えうるプロトン伝導体を用いてPCFC(プロトンセラミック燃料電池)を開発することを目的とする。
    これまで酸化物プロトン導電体はアクセプタードーパント(低原子価カチオン)を添加した際の負の相対電荷をプロトンで補うことから添加した低原子カチオン濃度までプロトンが溶解すると考えられていた。しかしながら申請者のこれまでの研究でプロトンの最大溶解量は低原子価カチオン濃度まで達していないことが明らかになった。また、プロトンは低原子価カチオンと会合(トラップ)しており著しく水素の拡散係数を減少させていることが確認され、プロトン伝導体には大きな2つ問題点を抱えていることが明らかとなった。本研究はこの2つの問題を材料調製の観点から解決することでプロトンが溶解しやすく動きやすい酸化物すなわち最高性能を有した酸化物プロトン伝導体を設計創製し、燃料電池への応用を目指すものである。

  • 不定比複合酸化物をベースとした固体電解質の高温電気化学特性とその工学的応用

    2007年04月 - 2009年03月

    科学研究費補助金  特別研究員推奨費

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    マグネシウムアルミネートスピネルの電気化学的特性(ガス濃淡電池、電気伝導度、水素溶解量、水素拡散係数)を評価しスピネルを電解質とした溶融鋳鉄用Mgセンサーの開発を試みた。