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

  • Improved durability of protonic ceramic fuel cells with BaZr<inf>0.8</inf>Yb<inf>0.2</inf>O<inf>3–δ</inf> electrolyte by introducing porous BaZr<inf>0.1</inf>Ce<inf>0.7</inf>Y<inf>0.1</inf>Yb<inf>0.1</inf>O<inf>3–δ</inf> buffer interlayer 査読あり

    Shimada H., Mikami Y., Yamauchi K., Kuroha T., Uchi T., Nakamura K., Kobayashi S., Matsuda R.M., Okuyama Y., Mizutani Y., Mori M.

    Ceramics International   50 ( 2 )   3895 - 3901   2024年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Ceramics International  

    Long-term durability of anode-supported protonic ceramic fuel cells (PCFCs) with BaZr0.8Yb0.2O3–δ (BZYb20) electrolyte is evaluated at 600 °C over 1000 h operation. To prevent a decrease in cell performance caused by Co diffusion from a La0.6Ba0.4CoO3−δ (LBC)-based cathode into the BZYb20 electrolyte, a porous buffer interlayer of BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3–δ (BZCYYb) is placed at the interface between the cathode and electrolyte. By introducing the BZCYYb buffer interlayer, although the power density of the PCFC deteriorates slightly due to adding the ohmic resistance of the interlayer, the long-term durability for 1000 h operation remarkably improves, e.g., degradation rate decreases from 4.8 % kh−1 to 0.9 % kh−1. Moreover, the PCFC with the BZCYYb buffer interlayer achieves a stable operation with a degradation rate of 0.8 % kh−1 for 3000 h. Electron probe microanalysis confirms that the BZCYYb buffer interlayer prevents diffusion of Co from the LBC-based cathode into the BZYb20 electrolyte even after 3000 h operation.

    DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.11.150

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  • Analyzing elementary electrode reactions for protonic ceramic fuel cells by proton/deuteron isotope effect 査読あり

    Okuyama Y., Kasuga K., Shimomura M., Mikami Y., Yamauchi K., Kuroha T., Sumi H.

    Journal of Power Sources   586   2023年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Power Sources  

    This study elucidates the elementary reactions occurring within the electrode impedance of proton-conducting ceramic fuel cells, using the distribution of relaxation times and the relaxation process involved in proton/deuteron substitution. We identified impedance components attributable to the steam production reaction of protons crossing the electrolyte on the triple phase boundary by observing the change in these components when the gas on the anode was switched from light hydrogen to heavy hydrogen during the power generation and shutdown phases of the fuel cell. It was noted that the steam formation reaction presents the highest resistance in proton-conducting ceramic fuel cells, implying the need for a catalyst to enhance this reaction within the electrode.

    DOI: 10.1016/j.jpowsour.2023.233647

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  • Ultra-elevated power density and high energy efficiency of protonic ceramic fuel cells: Numerical and experimental results 査読あり

    Li K., Shimada H., Mizutani Y., Okuyama Y., Araki T.

    Energy Conversion and Management   296   2023年11月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Energy Conversion and Management  

    The fabrication of high-performance protonic ceramic fuel cells (PCFCs) and the accurate evaluation of their energy efficiency remain challenging because of electron–hole leakage. By combining an established numerical method with experiments, we developed high-performance chemically stable Ce-free PCFCs with a BaZr0.8Yb0.2O3−δ electrolyte that perform comparably to first-tier PCFCs, which typically employ Ce-containing electrolytes. To the best of our knowledge, this study is the first to numerically reproduce experimental performance over a wide range of temperatures, electrolyte thicknesses, and current densities. Importantly, our study can accurately predict the ultra-elevated performance of cells under different conditions without the need for conducting additional experiments (e.g., > 3.0 W·cm−2 power density or > 70% lower heating value energy efficiency)

    DOI: 10.1016/j.enconman.2023.117678

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  • Investigation of degradation mechanisms by overpotential evaluation for protonic ceramic fuel cells 査読あり

    Sumi H., Shimada H., Watanabe K., Yamaguchi Y., Nomura K., Mizutani Y., Matsuda R.M., Mori M., Yashiro K., Araki T., Okuyama Y.

    Journal of Power Sources   582   233528 - 233528   2023年10月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Power Sources  

    Overpotential is frequently estimated from electrochemical impedance spectroscopy to evaluate the electrode performance of fuel cells. However, the overpotential of protonic ceramic fuel cells (PCFCs) is possibly underestimated because of hole conductivity in the electrolyte. In the present work, the overpotentials of PCFCs with BaZr0.8Yb0.2O3-δ (BZYb) and BaCe0.4Zr0.4Y0.1Yb0.1O3-δ (BCZYYb) electrolytes are accurately estimated using distribution of relaxation times analysis and an equivalent circuit model with considering a polarization resistance during durability tests. The activation overpotential in an open circuit state is not zero because leakage current flows in the PCFC electrolytes. The activation overpotential of the cell with the BCZYYb electrolyte is higher than that with the BZYb electrolyte because of the interdiffusion of nickel from the Ni-based anode to the cathode and cobalt from the La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ cathode to the anode. The compressive internal stress in the electrolyte, determined by the cos α method using X-ray, decreases after discharging. Intergranular cracks formed at the grain boundary through nickel deposition, causing an increase in the ohmic overpotential with time for the both cells with BZYb and BCZYYb electrolytes. The interdiffusion of transition metals from the anode/cathode to the electrolyte in the manufacturing process should be prevented to improve the PCFC durability.

    DOI: 10.1016/j.jpowsour.2023.233528

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  • Mechanisms of photoluminescence in cerium oxide pellets with different types of defects 査読あり

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

    Journal of Luminescence   260   2023年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Luminescence  

    We systematically investigated the photoluminescence (PL) spectra of sintered pellets of cerium oxide, CeO2. The crystal defects were controlled by commonly used techniques in the field of solid-state ionics. We observed the transitions between the O-2p and Ce-4f energy levels in intrinsic CeO2. By doping with trivalent lanthanide ions, which results in oxygen vacancies by charge compensation, a new transition band appears. It involves electronic levels that are similar to those of Ce2O3 clusters, rather than to those of oxygen vacancies. In reduced cerium oxide CeO2-δ, where the number of Ce3+ ions is larger, electrons partially fill the energy levels of defects similar to Ce2O3 clusters, and thus an optical response derived from the Ce-4f–Ce-5d transition appears.

    DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.119859

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 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 

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    記述言語:日本語 著書種別:学術書

MISC 【 表示 / 非表示

  • 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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    掲載種別:速報,短報,研究ノート等(学術雑誌)  

    J-GLOBAL

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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

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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)  

  • 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

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    掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

  • 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  

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Lu、Ni 共置換ジルコン酸バリウムにおける Ni 溶出による不定比欠陥生成とプロトン伝導

    奥山 勇治1、井口 英明1、関谷 優希1、笹川 陽矢2、Nai Shi2 、兵頭 潤次2、山崎 仁丈2、山内 孝祐3、見神 祐一3、黒羽 智宏 3 (宮崎大学1 、九州大学2 、パナソニックHD(株)3)

    電気化学会90回大会 

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    開催年月日: 2023年3月27日 - 2023年3月29日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • プロトン伝導性セラミック燃料電池の開発状況と課題

    (宮崎大・工A、宮崎大院・工B、パナソニックHD(株)C、産総研D) ○奥山勇治A、原田佳明B、山内孝祐C、見神祐一C、黒羽智宏C、島田寛之D、鷲見裕史D、野村勝裕D、山口祐貴D、水谷安伸D

    第31回SOFC研究発表会 

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    開催年月日: 2022年12月15日 - 2022年12月16日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • 水素同位体置換によるプロトン伝導性セラミック燃料電池電極反応機構の解明

    奥山勇治、下村昌輝、春日圭太(宮崎大学)、黒羽智宏、見神祐一、山内孝祐(パナソニック株式会社)、鷲見裕史(産総研)

    第48回固体イオニクス討論会 

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    開催年月日: 2022年12月6日 - 2022年12月8日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • イッテリビウム添加ジルコン酸バリウムを電解質とした燃料電池の電子リークと開回路電圧

    原田佳明(宮崎大学)、黒羽智宏、見神祐一、山内孝祐(パナソニック株式会社)、島田寛之、山口祐貴、水谷安伸(産総研)奥山勇治(宮崎大学)

    第48回固体イオニクス討論会 

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    開催年月日: 2022年12月6日 - 2022年12月8日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • 機械学習を用いたプロトン伝導性セラミックス材料探索ツールの開発

    奥山勇治、堂園航太、藏本将也(宮崎大学)、辻川皓太、兵頭潤次、山崎仁丈(九州大学)

    日本セラミックス協会第35回秋季シンポジウム 

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    開催年月日: 2022年9月14日 - 2022年9月16日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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受賞 【 表示 / 非表示

  • 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

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • 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。

研究・技術シーズ 【 表示 / 非表示