AIモデルの開発により、たった1回の実験で新規プロトン伝導性電解質を発見!

 ~中温動作燃料電池に用いる電解質材料の開発加速化に期待~ 

 九州大学エネルギー研究教育機構(Q-PIT)、稲盛フロンティア研究センターおよび大学院工学府材料物性工学専攻の山崎仁丈教授は、九州大学稲盛フロンティア研究センターの兵頭潤次特任助教、九州大学大学院工学府材料物性工学専攻博士後期課程の辻川皓太氏、岐阜大学工学部および理化学研究所の志賀元紀准教授、宮崎大学工学教育研究部の奥山勇治教授らと共同で、400℃程度で動作する固体酸化物形燃料電池(SOFC)(注1)に必要なプロトン(H+)伝導性電解質(注2)を探索する人工知能(AI)モデルを開発し、たった1回の実験で新規プロトン伝導性電解質を発見しました。これは、実験とデータ科学の融合により得られた研究成果です。開発したモデルを活用することで、プロトン伝導性電解質や中温動作固体酸化物形燃料電池の開発が大幅に加速されることが期待されます。
 金属酸化物にプロトン伝導性を発現させるためには、構成元素の一部をアクセプター元素(注3)で置換し、酸素欠損欠陥δを生成、プロトン導入反応を誘起する必要がありますが、新規材料においてどのような元素を組み合わせればプロトン伝導が発現するのかわかっていません。材料を構成する元素の組み合わせは無限にあるため、新規プロトン伝導性電解質の開発は、従来、開発者の経験と勘に基づいて行われていました。
 本研究グループは、アクセプター置換したペロブスカイト酸化物(ABB’O3-δ)(注4)を対象とし、これまでに見いだされたプロトン伝導性材料における構成元素の特徴やプロトン導入の物理化学的知見をAIモデルに学習させ、材料のプロトン濃度の温度依存性を予測させることで、未知材料SrSn0.8Sc0.2O3-δがプロトン伝導性電解質であることをたった1回の実験で発見しました。
 本研究は、JST戦略的創造研究推進事業CREST(JPMJCR18J3)、科学研究費補助金(JP15H02287、 JP18H01694、JP16H02866、JP20H05884)、JST戦略的創造研究推進事業さきがけ(JPMJPR16N6)の支援を受けました。
 本研究成果は、日本時間2021年8月4日(水)に米国化学会の国際学術誌「ACS Energy Letters」のオンライン速報版で公開されました。

用語解説

注1)固体酸化物形燃料電池(SOFC)
固体酸化物を電解質として用いた燃料電池。SOFC 固体酸化物形燃料電池の英語名 (Solid OxideFuel Cells) の頭文字を取った略称。さまざまな燃料電池の種類の中で、最も高いエネルギー変換効率を有することが知られている。ただ、一般に固体酸化物は 700~1000℃という高い動作温度でないと高いイオン伝導性を示さず、構成する材料が高価なものに制限される。動作温度を下げることで、材料コストや運転コストの低減が期待できる。燃料電池は水素と酸素を利用した次世代の発電システムであり、水の電気分解と逆の原理によって高効率に発電することができる。
注2)プロトン伝導性電解質
燃料電池において、プロトン(H+)だけを選択的に通し、電子やそのほかのイオンを通さない緻密な固体。
注3)アクセプター元素
材料の一部を置換した元素で、母結晶を構成する元素よりも価数が低いもの。
注4)ペロブスカイト酸化物
一般式 ABO3 で表され、結晶構造立方体単位格子の頂点に A 原子、面の中心に酸素原子、体心に B原子を配置した結晶構造を有する酸化物(図1左上、図2に示す結晶構造)。A,B サイトのホスト構成原子や、一部を異種元素で置換することでイオン伝導性、電子伝導性、強誘電性、触媒活性などの機能を発現できる。高プロトン伝導性材料はペロブスカイト酸化物に多く存在するため、本研究の探索対象とした。

詳細

プレスリリースをご参照ください。

昆虫を食べる・・・無料実食イベントを開催!

ヒトiPS細胞由来ミクログリアの完全非侵襲的な脳移植法の開発に成功

関連記事

  1. 持続可能な開発目標(SDGs)の新たな経済成長の…

    -インフラ、環境、健康、教育の政策立案に貢献-今回、九州大学大学院工…

  2. 国際シンポジウム「プラットフォーム」としての島―…

    国際シンポジウム「プラットフォーム」としての島―持続可能な社会を目指すための…

  3. 【8/1開催】 高等研究院若手研究者交流セミナー…

    ~異分野コミュニケーションの在り方について、参加者全員で考えるための機会とし…

  4. 九州大学応用力学研究所 RIAMフォーラム202…

    ~ 新しい時代を拓く ~ 応用力学研究所(RIAM)は、力学とその応…

  5. ベトナム社会主義共和国のヴォー・ヴァン・トゥオン…

    〜ベトナム社会主義共和国のヴォー・ヴァン・トゥオン国家主席が九州大学伊都キャ…

  6. 第75回アジア・オセアニア研究教育機(Q-AOS…

    システム情報科学研究院 情報知能工学部門倉爪 亮 教授九州大学ア…

  7. 超高速スピン変換により有機発光分子の励起一重項・…

    〜有機ELデバイスの高輝度・高効率化に成功〜 九州大学稲盛フロンティ…

  8. 世界最高ミュオグラフィ観測精度を達成

    世界最高ミュオグラフィ観測精度を達成ポイント・世界初海底ミュオグ…