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 工学科応用物質化学プログラム担当

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

  • 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

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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: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.

    DOI: 10.11470/oubutsu.93.3_149

    CiNii Research

  • Effect of Transition Element Dissolution on Ytterbium-Doped Barium-Zirconate-Based Protonic Ceramic Fuel Cells 査読あり

    Mikami Y., Sekitani Y., Yamauchi K., Kuroha T., Okuyama Y.

    ACS Applied Energy Materials   7 ( 3 )   1136 - 1148   2024年2月

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    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.

    DOI: 10.1021/acsaem.3c02674

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  • 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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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

  • 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

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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)  

  • 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)  

  • 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

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    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  

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • 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 

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    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)  

  • 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 

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    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)  

  • 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 

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    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)  

  • 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 

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    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)  

  • 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 

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    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  

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受賞 【 表示 / 非表示

  • 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

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • 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

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • 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

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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