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所属 |
工学教育研究部 工学科応用物質化学プログラム担当 |
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教授 |
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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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Mikami Y., Goto T., Asano H., Kasuga K., Yamauchi K., Kuroha T., Okuyama Y.
Journal of Power Sources 613 2024年9月
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．
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Mikami Y., Sekitani Y., Yamauchi K., Kuroha T., Okuyama Y.
ACS Applied Energy Materials 7 ( 3 ) 1136 - 1148 2024年2月
担当区分：責任著者 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：ACS Applied Energy Materials
Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) use a proton-conducting oxide as the electrolyte, leading to a high power density and energy conversion efficiency at intermediate temperatures. Ytterbium-doped barium zirconate has a high proton conductivity and chemical stability against carbon dioxide, making it an attractive electrolyte material for PCFCs. The durability of fuel cells is a critical issue for realizing practical applications of PCFCs, and dissolution of the transition metals from the electrodes into the electrolyte is expected to decrease the durability. In this study, we investigated the effect of dissolution of transition metals (Ni, Co, Fe, and Mn) into BaZr0.8Yb0.2O3−δ on the proton transport properties and on the cell properties. The proton conductivity and proton transport number decreased with an increasing concentration of transition-metal elements, and the Co was found to have a particularly large effect on the material properties of BaZr0.8Yb0.2O3−δ. As for cell properties, anode-supported PCFCs with different cathode firing temperatures were evaluated. The OCV and the maximum power density were low in the cell with high concentrations of Co and Fe in the BaZr0.8Yb0.2O3−δ electrolyte, suggesting the decrease of proton transport number due to dissolution of Co and Fe. Furthermore, based on the measured proton transport properties, the effects of transition-metal dissolution on the power density and energy efficiency of PCFCs were estimated, and the trends were consistent with the results of the cell test. These results indicate that the dissolution of transition metals, especially Co, has a significant effect on the performance and durability of PCFCs using the BaZr0.8Yb0.2O3−δ electrolyte.
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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
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.
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Development of defect-structure-type proton conductors and their application to sensors and fuel cells
Okuyama Yuji
JSAP Review 2024 ( 0 ) n/a 2024年
記述言語：英語 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
Defect-structure-type proton conductors are ceramics in which hydrogen ions (protons) dissolve in oxides and diffuse in the crystal. The material has attracted considerable attention as an electrolyte for hydrogen sensors and fuel cells. In this review, the material properties and polarization characteristics of defect-structure-type proton conductors will be described, and the application to hydrogen sensors and fuel cells will be introduced.
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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Yb添加ジルコン酸バリウムを電解質とした燃料電池の耐久性
奥山 勇治、原田 佳明、見神 祐一、山内 孝祐、黒羽 智宏
電気化学会91回大会
開催年月日： 2024年3月14日 - 2024年3月16日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
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H/D同位体効果を用いたアノード支持型PCFCインピーダンスの電極素反応帰属と劣化要因の特定
奥山勇治、春日圭太、見神祐一、山内孝祐、黒羽智宏、鷲見裕史
第32回SOFC研究発表会
開催年月日： 2023年12月14日 - 2023年12月15日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
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機械学習を活用した次世代燃料電池材料の開発 招待あり
奥山勇治
2023年度機械学習ハンズオン講習会
開催年月日： 2023年11月27日 - 2023年11月29日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（招待・特別）
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Y添加ジルコン酸バリウムにおけるプロトン拡散へのドーパント濃度と会合の影響
奥山勇治、設楽一希、高橋和也、桑原彰秀、山崎仁丈
第49回固体イオニクス討論会
開催年月日： 2023年11月15日 - 2023年11月17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燃料電池における耐久性向上のための中間層構造の検証
原田佳明、奥山勇治
トークシャワー・イン九州2023
開催年月日： 2023年9月27日 - 2023年9月28日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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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
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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
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
科研費（文科省・学振・厚労省）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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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 基盤研究(C)
秋元 郁子, 奥山 勇治, 松岡 秀人
担当区分：研究代表者
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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
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
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
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。