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所属 |
工学教育研究部 工学科化学生命プログラム担当 |
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教授 |
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関連SDGs |
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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】
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ナノテク・材料 / 無機物質、無機材料化学
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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
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ナノテク・材料 / 金属生産、資源生産
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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九州支部
奥山 勇治
電気化学 93 ( 1 ) 43 - 43 2025年3月
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Li K., Murakami T., Nagata Y., Mikami Y., Yamauchi K., Kuroha T., Okuyama Y., Mizutani Y., Mori M., Araki T.
Applied Energy 381 2025年3月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Applied Energy
Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) have garnered significant interest due to their theoretically high fuel utilization and excellent energy efficiency at intermediate temperatures (400–600 °C). While the performance of PCFCs has improved dramatically in recent years, the system electrical efficiency is often lower than the corresponding cell energy efficiency due to energy loss in a PCFC system. This study focuses on achieving >70% system electrical efficiency (lower heating value-LHV) in a H2-powered PCFC system. The required property values such as the conductivities and diffusion coefficients of proton and hole in the electrolyte, as well as the exchange current densities and reaction resistances at electrodes are revealed through a validated numerical model compared to the experimental results of a high-performance PCFC. It offers significant empirical insights for advancing high-performance PCFCs capable of achieving >70% system electrical efficiency.
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Nakamura K., Mori M., Okuyama Y.
Solid State Ionics 417 2024年12月
担当区分：最終著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Solid State Ionics
In protonic ceramic fuel cells using Ba(Zr,M)O3-δ (M: trivalent dopant elements) as the electrolyte, the precipitation of BaM2NiO5 due to Ni diffusion from the co-sintered NiO-based electrode causes degradation of protonic ceramic fuel cells. However, BaM2NiO5 itself has been little studied, and even possible stable crystal structures and compositions have not been fully characterized. In this study, we investigated the dynamic and energetic stability of BaM2NiO5 for various trivalent M elements by using first-principles calculations. First, dynamically stable crystal structures were determined for all compositions from phonon dispersion analysis. The formation energies showed negative values in the case of M = lanthanide elements, B, Ga, Tl and Y. The contribution of vibrational entropy to the formation energy of BaM2NiO5 was insignificant, and the internal energy was dominant. The chemical bonding analysis revealed that in BaM2NiO5, the covalent nature of the M-O bond and the ionic nature of the Ba[sbnd]O bond are dominant in the stability of the crystal structure. Precipitation of BaM2NiO5 in Ba(Zr,M)O3-δ was suggested to be dominated by a specific threshold value of formation energy. The validity of that assumption was discussed in terms of the relationship between the factors involved in precipitation and the ionic radius of M element. The formation energy of BaM2NiO5 in M = lanthanide elements and Y showed a downward convex tendency with M = Pm as the minimum value. The reason for this was discussed in terms of the characteristics of the crystal structure of BaM2NiO5, suggesting that the tensile strain in the M-O bonds and the compressive strain in the Ni[sbnd]O and Ba[sbnd]O bonds relax with the ionic radius of the M element.
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Mikami Y., Goto T., Asano H., Kasuga K., Yamauchi K., Kuroha T., Okuyama Y.
Journal of Power Sources 613 2024年9月
担当区分：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
To investigate the effect of Co in cathodes on the durability of protonic ceramic fuel cells (PCFC) using a BaZr0.8Yb0.2O3-δ electrolyte, new cathode materials, specifically Ba(Zr0.875-xYb0.125Cox)O3-δ (x = 0.125, 0.25, 0.375, 0.625, and 0.75), were employed. We examined several material properties of the cathodes and evaluated cell performance, showing that Ba(Zr0.375Yb0.125Co0.5)O3-δ exhibits high performance and a matching thermal expansion coefficient with the electrolyte. During the 1000 h power generation test, the segregation of Co and anode-derived Ni in the cathode progressed. Segregation of Co and Ni was also observed at the grain boundaries in the electrolyte, indicating a decrease in the mechanical strength of the electrolyte caused by the diffusion of Co from the cathode and Ni from the anode. From these results, it became clear that the suppression of Co diffusion into the electrolyte is an important issue for the practical application of PCFCs with a BaZr0.8Yb0.2O3-δ electrolyte and Co-containing cathodes.
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欠陥構造型プロトン伝導体の材料開発とセンサ，燃料電池への応用展開 招待あり 査読あり
奥山 勇治
応用物理 93 ( 3 ) 149 - 155 2024年3月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 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：公益社団法人 応用物理学会
欠陥構造型プロトン伝導体は酸化物などに溶け込んだ水素イオン（プロトン）が結晶内を移動するセラミックスであり，水素センサや燃料電池などの応用が期待されている．本稿では欠陥構造型プロトン伝導体の材料特性や分極特性について解説するとともに水素センサや燃料電池への応用について紹介する．
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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カーボンニュートラルに向けた水素製造・P2Gと関連技術の最新動向
奥山勇治（ 担当： 分担執筆 , 範囲: 第3章 プロトン伝導性セラミックスを用いた純水素製造）
シーエムシーリサーチ 2022年12月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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機械学習を用いた ペロブスカイト型 酸化物中のプロトン 伝導度予測 招待あり 査読あり
奥山勇治、堂園航汰
セラミックス 58 ( 11 ) 727 - 731 2023年11月
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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セル製造条件下におけるBa(Zr,Yb)O<sub>3-δ</sub>系ペロブスカイト電解質の相安定性
松田マリック隆磨, 小林駿, 森昌史, 島田寛之, 鷲見裕史, 水谷安伸, 奥山勇治, 見神祐一, 山内孝祐, 黒羽智宏
燃料電池シンポジウム講演予稿集(CD-ROM) 30th 2023年
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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 招待あり 査読あり
奥山勇治
セラミックス 57 ( 11 ) 10 - 714 2022年11月
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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コヒーレントテラヘルツパルスでみる燃料電池で用いられる固体電解質内の高速イオン伝導
永井正也、奥山勇治、可児幸宗
レーザー研究 ( 50 ) 198 - 201 2022年
掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）
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機械学習を用いたペロブスカイト酸化物におけるプロトン濃度の予測精度の評価
辻川 皓太, 兵頭 潤次, 志賀 元紀, 奥山 勇治, 山崎 仁丈
燃料電池 20 ( 4 ) 80 - 91 2021年
記述言語：日本語 掲載種別：速報，短報，研究ノート等（学術雑誌） 出版者・発行元：燃料電池開発情報センター
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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PCFC材料開発の現状と将来展望 招待あり
奥山勇治
セラミックス協会年会サテライトミーティング ワークショップ 2025年3月5日
開催年月日： 2025年3月5日 - 2025年3月7日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（招待・特別）
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機械学習を活用した固体酸化物形燃料電池材料の探索 招待あり
奥山勇治、川上廉太、盛満優雅、東雲遥香、堂園航汰
セラミックス協会年会科学技術委員会企画インフォマティクスセッション 2025年3月6日
開催年月日： 2025年3月5日 - 2025年3月7日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（招待・特別）
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Yb添加ジルコン酸バリウムを電解質とした燃料電池のカソード開発状況
奥山勇治、西屋智皓、東雲遥香、春日圭太、見神祐一、山内孝祐、黒羽智宏
第33回SOFC研究発表会 2024年12月19日
開催年月日： 2024年12月19日 - 2024年12月20日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
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Yb添加ジルコン酸バリウムを用いた燃料電池における電解質表面処理の効果
奥山勇治、原田佳明、見神祐一、山内孝祐、黒羽智宏
第50回固体イオニクス討論会 2024年12月10日
開催年月日： 2024年12月9日 - 2024年12月11日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
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Hydrogen Isotope Effects on the Impedance of Electrodes in Protonic Ceramic Fuel Cells 国際会議
Yuji Okuyama, Keita Kasuga, and Hirofumi Sumi
4th Asian Symposium on Electrochemical Impedance Spectroscopy 2024年11月25日
開催年月日： 2024年11月25日 - 2024年11月26日
記述言語：英語 会議種別：口頭発表（一般）
受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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ポスター賞
2024年9月 宮崎大学
東雲遥香、奥山勇治
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
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Interface Ionicss/SSI seminar Award 2023 Platinum Prize
2023年8月 第17回固体イオニクスセミナー
原田佳明、奥山勇治
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
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第60回化学関連支部合同九州大会電気化学セッション優秀研究発表賞
2023年7月 電気化学会九州支部
東雲遥香、奥山勇治
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
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第59回化学関連支部合同九州大会電気化学セッション優秀研究発表賞
2022年7月 電気化学九州支部
藤本聖、奥山勇治
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
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PACRIM13 FCDICポスター賞
2019年10月 宮崎大学
辻川皓太
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
科研費（文科省・学振・厚労省）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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超高速分光でみる電子イオン混合伝導の解明と燃料電池への展開
研究課題/領域番号：24K00558 2024年04月 - 2027年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費助成事業 基金 基盤研究(B)
担当区分：研究分担者
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プロトン伝導型固体酸化物電解質における欠陥構造の光照射パルスESR法による決定
研究課題/領域番号：24K06923 2024年04月 - 2027年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基金 基盤研究(C)
秋元 郁子, 奥山 勇治, 松岡 秀人
担当区分：研究分担者
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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
研究課題/領域番号：16H06124 2016年04月 - 2019年03月
科学研究費補助金 若手研究(A)
担当区分：研究代表者
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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
研究課題/領域番号：25709072 2013年04月 - 2016年03月
科学研究費補助金 若手研究(A)
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
研究課題/領域番号：07J11286 2007年04月 - 2009年03月
科学研究費補助金 特別研究員推奨費
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。
研究・技術シーズ 【 表示 ／ 非表示 】
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プロトン伝導性セラミックスを用いた次世代燃料電池開発
ガス濃淡電池型水素センサの開発
機械学習を活用した新規プロトン伝導性セラミックスの探索技術相談に応じられる関連分野：材料科学分野、電気化学分野、水素エネルギー関連分野、金属生産工学分野、固体イオニクス分野
メッセージ：セラミックス合成から機能性評価、応用研究まで研究室で実施しています。
学術的な点でお困りの場合はご相談ください。