固体イオニクス材料の基礎とデバイスの評価・解析方法

イオンが電荷担体となって電気伝導性を示す材料は、「固体イオニクス」材料と呼ばれ、燃料電池や各種一次・二次電池といったエネルギー変換デバイスや、リアクタ、センサなど、幅広い分野において応用されています。 　本講習会では、固体イオニクス材料の開発およびこれらを用いたデバイスの開発にあたり理解しておくべき、固体におけるイオン・電子伝導性、反応性の基礎、イオニクス材料の物理/化学的性質、イオニクス材料・デバイスの熱力学取扱の基礎、イオニクス材料特性の適切な実験的評価手法について、具体例を交えて紹介します。

1. 固体イオニクス材料概論
   1. 固体における電気伝導
   2. 固体におけるイオン伝導と格子欠陥
   3. 固体イオニクス材料の具体例
      1. Agイオン伝導体:α-ヨウ化銀
      2. Naイオン伝導体:β-アルミナ
      3. 酸化物イオン伝導体:安定化ジルコニアなど
      4. プロトン伝導体:ペロブスカイト型酸化物
      5. イオン – 電子混合伝導体
   4. 固体イオニクス材料の応用例と現状
      1. 金属の高温酸化
      2. 燃料電池:固体酸化物形燃料電池
      3. センサー:酸素センサー
      4. 二次電池:リチウムイオン二次電池
2. 固体イオニクス材料の理論的取扱い
   1. 固体イオニクス材料の熱力学
      1. 化学ポテンシャル,電気化学ポテンシャルとは
      2. 酸化物の熱力学
      3. 酸素不定比性
      4. Kröger – Vink表記
      5. Brouwer図
   2. 固体におけるイオン伝導の理論的取扱い
      1. 固体における原子の拡散 – 拡散現象の微視的描像
      2. 拡散方程式,拡散係数
      3. イオン伝導の駆動力
      4. 混合伝導体の取り扱い (ワグナー理論)
   3. 固体イオニクスデバイスの熱力学
      1. 全固体電池の起電力の考え方
      2. 全固体電池におけるポテンシャル分布
      3. 液体電解質電池との類似点・相違点
      4. 固体電解質の安定性,保護層の考え方
3. 固体イオニクス材料・デバイスの評価法
   1. 固体イオニクス材料合成上の注意点
      1. 固相反応,液相反応
      2. 焼結体の作製
   2. 固体イオニクス材料・デバイス評価上の注意点
      1. 電気化学セル
      2. 参照電極
      3. 実験条件の調整
   3. 固体イオニクス材料の材料物性評価の具体例
      1. 導電率:直流四端子法
      2. 導電率:交流インピーダンス法
      3. イオン・電子部分導電率の評価
   4. 固体イオニクスデバイスにおける電極反応評価の具体例
      1. 電気化学測定
      2. 分光学的手法を用いたオペランド測定
• 質疑応答