マテリアル インテグレーション 2011年1月号
MATERIALS INTEGRATION 21世紀,期待される新型電池と新しいイオン伝導性固体たち

巻頭言
■著者
今中 信人

色素増感太陽電池　--研究開発の現状と将来展望--
■著者
東京理科大学　工学部　工業化学科 教授 荒川 裕則
■要約
次世代型太陽電池の一つとみなされる色素増感太陽電池の研究開発の現状と将来展望について紹介した.色素増感太陽電池の研究室レベルの性能は,変換効率11-12%が達成されている.また,メートルサイズのモジュール開発も行なわれ,実用化の為の耐久性についても検討されている.JIS規格の耐環境性試験(JIS C-8938)を用いた試験では,温度サイクル試験や湿熱試験もクリアされており,屋外実証試験の段階である.最後に,最終目標の変換効率15%の達成に向けた研究開発課題についても述べた.

バイオ電池開発の新展開
■著者
ソニー株式会社　先端マテリアル研究所 統括課長 戸木田 裕一
■要約
We have developed bio battery powered by glucose and achieved 5 mW/mL at Oct, 2010. Further we start a development of new bio-anode that is useful for entrapping enzymes and NAD coenzyme to accelerate multi-step enzymatic reactions. This type of bio-anode is one of the most important technologies for the practical use of the high capacity bio battery.

水酸化物イオン伝導性固体材料の開発と燃料電池への応用
■著者
大阪府立大学大学院工学研究科 准教授 忠永 清治
■要約
電解質にアルカリ水溶液を用いる代わりに,固体の電解質を用いたアルカリ形燃料電池に関する研究が広がりつつある.本稿では,アニオン交換膜を用いたアルカリ形燃料電池についてまず紹介する.さらに,無機固体のMg-Al系層状複水酸化物が,アルカリ形燃料電池の電解質に応用できることを紹介する.

水素化物系リチウムイオン伝導体の最新研究と材料開発状況
■著者
東北大学大学院工学研究科　金属フロンティア工学専攻　先端材料解析学分野 前川 英己
■要約
ごく最近発見されたユニークな材料群である水素化物系リチウムイオン伝導体について,最新の材料開発と研究状況について述べる.

イオン伝導性の高い局所ナノ領域を導入した新しいプロトン伝導性固体電解質
■著者
豊橋技術科学大学　電気・電子情報工学系 松田 厚範
■要約
本稿では,われわれが現在行っているイオン伝導性の高いナノ領域を局所的に導入した新しいプロトン伝導性固体電解質作製の取り組みについて紹介する.高イオン伝導相の設計と局所導入は,「イオンコンプレックス超薄膜構造」,「欠陥構造・水素結合ネットワーク」,および「ガラスの分相によってもたらされる極性構造」を利用して実現することができる.まず,交互積層法を用いて形成されるプロトン伝導性超薄膜では,イオンコンプレックスを形成した数ナノメートルオーダーの薄膜がプロトンの高伝導相として機能する.これを設計し,連通させることによって,極めて少量のイオン伝導物質であっても,高いプロトン伝導性を実現することができる.また,メカニカルミリングによって固体酸を複合化する場合には,機械的エネルギーの付与による欠陥生成,イオン交換と水素結合ネットワークの形成が無加湿中温領域におけるプロトン伝導に重要な役割を果たす.プロトンダイナミクスの評価結果から,欠陥生成とイオン交換によって実現したプロトン濃度の高い複合ナノ領域が高速プロトンダイナミックスを支配していることが明らかとなっている.さらに,ホウケイ酸塩系ガラスの分相では,スピノーダル分解によってもたらされるナノメートルオーダーの高極性Na2O-B2O3相がイオン伝導パスとして有効に機能する.リン酸塩をベースとした分相ガラスは,300〜600℃程度の温度域で動作可能な新しい燃料電池への応用が期待されている.

燃料電池を指向したアパタイト型ランタンシリケート酸化物イオン伝導体
■著者
兵庫県立工業技術センター　環境・バイオ部 部長 吉岡 秀樹
■要約
Lanthanum silicate, La10Si6O27, with an apatite-type structure is a promising electrolyte material for solid oxide fuel cell (SOFC) applications. The oxide-ion conductivity of apatite-type lanthanum silicates is enhanced by introducing excess oxide ions and doping lower valent cations to the Si site. The highest conductivities of Mg doped lanthanum silicates with excess oxide ions are 70-80 mS cm-1 at 800℃ with very low activation energy of 0.4 eV. Structural analysis using high temperature neutron powder diffractions and MPF (MEM-based Pattern Fitting) shows that the excess oxide ions locate near the diffraction path promote oxide ion conduction perpendicular to the c axis. Power densities of the SOFCs using apatite-type lanthanum silicate ceramic as an electrolyte have increased rapidly. We have also developed anode support SOFC using lanthanum silicate films prepared by atmospheric plasma spraying.

4価イオンを伝導種とする固体電解質
■著者
大阪大学大学院　工学研究科 博士後期課程 布谷 直義
■要約
Recently, we have successfully developed the various kinds of tetravalent ion conducting solid electrolytes. In this article, the strategy of the structural design for realizing the tetravalent ion conduction in solids and their ion conducting properties are described.

連載
近代日本のセラミックス産業と科学・技術の発展に尽力した偉人,怪人,異能,努力の人々(41) 教育,研究,さらに窯業協会(現日本セラミックス協会)の運営に,また大学の運営にも尽力された工学院大学　関谷道雄教授
■著者
宗宮 重行

連載
セラミックスの笛
■著者
轟 眞市