特集　グリーンイノベーションを支える産総研の電子セラミックス研究

産総研における電子セラミックス研究の戦略
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　 研究部門長 村山 宣光(巻頭言)

■要約
産総研のグリーンイノベーションの推進に関する主な課題のうち,太陽光発電の高効率化,パワーエレクトロニクスの革新,高エネルギー密度蓄電デバイス,超電導電力システムの実現,燃料電池車用水素貯蔵,また,これらの製造技術の低コスト化・高効率化・環境負荷低減において,電子セラミックスに関する材料・プロセス・デバイス技術の果たす役割は大きい.本特集では,主としてこれら重点課題に関連する産総研の電子セラミックスの研究成果と今後の展開を紹介する.


SOFC用材料の開発-セラミックリアクター:材料-製造技術のアプローチによる革新的なマイクロ燃料電池の創製-
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門 淡野 正信

■要約
クリーンで高効率な電源として期待の高い燃料電池の中で,最も効率が高いセラミックス製の燃料電池(固体酸化物形燃料電池:SOFC)は,従来の大出力発電向けの開発から,小型高効率で低温作動かつ高機動性のニーズ(小型コジェネシステム・自動車補助電源・小型駆動機器用やポータブル電源等)への対応が必要である.そこで,材料・部材化から集積モジュール化に至る,様々なセラミックスの製造プロセス技術を開発・高度化することにより,革新的なマイクロSOFCを世界で初めて実現した.


次世代型蓄電池のためのリチウムイオン伝導体の開発
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門結晶制御プロセス研究グループ 秋本 順二

■要約
All solid-state lithium-ion batteries are expected to be a future battery technology because of their high energy density and high safety. Therefore, there has been an extensive effort to develop Li-ion-conducting inorganic materials for the use as solid electrolyte which is a key material of all solid-state lithium-ion batteries. In this article, we review the recent studies of garnet-related Li-ion conductors which are a new class of solid-state fast Li-ion conductors, and then report our structural studies on single-crystal X-ray diffraction analysis of cubic and tetragonal garnet-related Li7La3Zr2O12. Particularly, cubic Li7La3Zr2O12 is one of the good candidates for solid electrolyte, as this material has the good Li-ion conduction property, excellent thermal performance, and chemical stabilities against molten lithium, air, and moisture. It is revealed by our structural studies that the three-dimensional Li-ion conduction pathway of garnet-related Li-ion conductors is formed by the basic unit of loop structure. Structure analysis also identifies the Li atomic arrangement with occupational disordering and short Li-Li distance in the pathway for cubic Li7La3Zr2O12. A comparison of crystal structure of cubic Li7La3Zr2O12 with those of known Li-ion conducting oxide materials may provide clues to help improve the Li-ion conduction propert


高効率熱電発電の実用化への挑戦
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　ユビキタスエネルギー研究部門 舟橋 良次

■要約
We are facing serious problems for energy and environment. The demand of primary energy in the world was as much as 11,204 million ton of petroleum a year in 2004. It has spent a long time to appeal using up the oil. But the amount of oil consumption will increase year by year. Average of total thermal efficiency is as low as 30%, about 70% is exhausted to the air as waste heat. It is clear that recovery and convert huge amount of waste heat to electricity can contribute to solve the energy and environmental problems. Though technologies of storage and transport of heat energy have been developed, most waste heat can not be used effectively because of dilute distribution. Recently thermoelectric conversion is gathering attention, because it is the strongest candidate to generate electricity from the dilute waste heat.


高温電子セラミックスのコンセプトと研究戦略
■著者
産業技術総合研究所　 先進製造プロセス研究部門 研究部門長 村山　宣光

■要約
As a general term for electroceramics operating at high temperatures, we have proposed a concept called ``High-Temperature Electroceramics". High-temperature electroceramics are indispensable for the development of SiC power modules which are basic components for establishing ``Smart Grids". In this paper, R & D trends are reviewed relating to high-temperature capacitors, high-temperature PTC thermistors, ceramic substrates with high mechanical strength and high thermal conductivity, and highly-reliable joining technology. And finally, the future direction in R & D is discussed.


SOFCの性能向上に向けた開発
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　エネルギー技術研究部門燃料電池材料グループ 堀田 照久

■要約
The improvements of performance and durability of SOFCs are important issues for the commercialization of SOFC systems. The fuel cell materials group at AIST participates in the NEDO project, ``Development of SOFC system and elemental technology", and it is especially involved in the ``Fundamental Research for Improvement of Durability". In this paper, some analytical methods are introduced for improving the durability of SOFC cell and stacks. Recent results of degradation and reaction mechanisms are shown especially on the following topics: i) Cr poisoning mechanism of (La,Sr)MnO3 cathode and ii) visualization of oxygen ionization and diffusion at the active interfaces of practical flatten tube cells. These data will give important information for the improvements of performance and durability of SOFC materials.


溶液内結晶化学に基づくナノクリスタルのボトムアップ技術
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　テーラードリキッド集積研究グループ 研究グループ長 加藤 一実

■要約
The synthesis of nanocrystals with well-designed morphology attracts great interest, because the morphology is a main factor to determine not only the properties relating to electric, magnetic, and surface chemistry of itself but also their bottom-up capability. The superstructure consisting of the well-designed nanocrystals is expected to give special and excellent performances. Characteristic behaviors of BaTiO3 nanocrystals synthesized by sonochemical method and CeO2 nanocubes synthesized using a liquid-liquid interface are introduced. The basic knowledge obtained from these typical examples would be applicable to the bottom-up technology for fabrication of functional nanostructures such as superlattice and downsized devices with super performances.


塗布光照射法を用いた金属酸化物膜の有機基板上への作製
■著者
産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門、フレキシブル化学コーティンググループ 土屋　哲男

■要約
To prepare the oxide film on an organic substrate, we have investigated i) the photo reaction of an metal organic compound using excimer lamp, and ii) the photo reaction of the nano-particles (PRNP) for thin films processing at room temperature without vacuum system. In the case of using the metal organic compound and 172nm excimer lamp irradiation, RbVO3 phosphor thin film was obtained on PET substrate. On the other hand, by using the PRNP process, ITO transparent conducting film and CaTiO3:Pr phosphor films were prepared on glass and PET substrates at room temperature. For the preparation of the transparent conducting thin film, dense ITO film was successfully obtained by PRNP method in N2 atmosphere at room temperature. The resistivity of the film on glass substrate was 5.94×10-4Ωcm.


エアロゾルデポジション (AD) 法による常温セラミックスコーティングとエネルギー関連デバイスへの展開
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門 集積加工研究グループ 上席研究員 明渡　純

■要約
The Aerosol Deposition Method is a film coating technology where the impact of solid state particles can create a strongly adherent, high-density nano-crystalline ceramic film by gas blasting the submicron-sized ceramic particles on to a surface. The deposition rate is 30〜100 times faster than obtained with conventional thin film technology and the ceramic thin film can be deposited at room temperature. It is expected to reduce energy, cost, difficulty to fabricate the thin or thick film with complicate material compositions and the number of processes during fabricating electronic devices and others, as well as to improve their performances substantially. This technique is particularly useful for fabricating inorganic thick films and producing energy devices. This chapter deals with the mechanism and feature of the AD process first, followed by its application for energy related devices.


超伝導製膜技術と省エネルギーデバイスへの応用
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門 真部 高明

■要約
AIST has succeeded in preparing large-size (e.g., 30cm×10cm) epitaxial superconducting YBa2Cu3O7 film on CeO2-buffered sapphire substrate by metalorganic deposition (MOD) process. This process produces YBa2Cu3O7 film by ``applying and then burning" a coating solution, so that mass production can be realized at a far lower cost than that of vapor-phase processes. This film is epitaxially grown with preferentially oriented particles, and shows a very high superconducting characteristic at liquid nitrogen temperature. This large-area superconducting film can apply to passive microwave devices such as filters or antennas, fault current limiters, and superconducting coated conductor.


次世代リチウムイオン電池の最前線-リチウム・空気電池の開発
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門　エネルギー界面技術グループ　研究グループ長 周 豪慎

■要約
地球温暖化問題に貢献する本格的な電気自動車の普及に向けて,700Wh/kgを超えるエネルギー密度を持つポストリチウムイオン電池の開発が必要である.負極を金属リチウム,正極を空気極とするリチウム空気電池は,この目標値をクリアする可能性を持つが,従来は反応の持続性に課題があった.我々が新たに考案した「有機電解液/固体電解質膜/無機電解液」からなるハイブリッド電解液を用いたリチウム-空気電池は連続充放電が可能であり,革新的な大容量二次電池として実用化が期待される.また,金属リチウムを燃料として供給する,新たな燃料電池への応用も可能である.


色紙増感太陽電池　-高性能化への挑戦-
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　エネルギー研究部門　太陽光エネルギー変換グループ 研究グループ長 佐山 和弘

■要約
色素増感太陽電池の高性能化に最も重要な増感色素,特に新規ルテニウム錯体色素について検討した.ピリジンカルボキシラト配位子を持つ錯体はブラックダイに並ぶ性能を示すことがわかった.ジキノリルピリジン配位子を持つ錯体は近赤外光領域でルテニウム錯体としては世界最高の量子収率を示した.また,モバイル電源用途に最適な導電性ガラスを用いない新構造の太陽電池を開発した.


SOFC型の省エネ浄化リアクター展開
■著者
産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 濱本 孝一

■要約
We achieved a drastic improvement of electrochemical reactor for NOx decomposition. The electrochemical reactor fitted with a nano-structured ceramic electrodes showed high reactivity to NOx and was able to decompose about 90% of NO gas of 1000 ppm at 250℃ in an atmosphere consisting of 20% of oxygen. This technology is a promising purification technology for exhaust gas emitted from next-generation diesel engines.


セラミックス・マイクロセンサとその国際標準化
■著者
独立行政法人　産業技術総合研究所　ナノテクノロジー・材料・製造分野研究企画室 松原 一郎

■要約
ガスセンサは,環境モニタリング,安全・安心の実現,燃焼制御システムの実現等を通して,エネルギー・環境分野に大きく貢献する技術である.我々は,セラミクッス系材料に注目し,新しい原理や材料を用いることを特徴とする,各種ガスセンサの開発を進めている.また,これを並行して,ガスセンサの信頼性を高め,一層の普及を図るために,国際標準化にも積極的に取り組んでいる.センサ開発と国際標準化をセットで推進している事例として,マイクロ熱電式水素センサ,及びVOCセンサを取り上げ,センサ開発と標準化への取り組みについて解説する.