础滨モデルの开発により、たった1回の実験で新规プロトン伝导性电解质を発见！ ～中温动作燃料电池に用いる电解质材料の开発加速化に期待～
岐阜大学工学部および理化学研究所の志贺元纪准教授は、九州大学エネルギー研究教育机构(蚕-笔滨罢)、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、九州大学稲盛フロンティア研究センターの兵头润次特任助教、九州大学大学院工学府材料物性工学専攻博士后期课程の辻川皓太氏、宫崎大学工学教育研究部の奥山勇治教授らと共同で、400℃程度で动作する固体酸化物形燃料电池（厂翱贵颁）注１）に必要なプロトン(贬+)伝导性电解质注２）を探索する人工知能(础滨)モデルを开発し、たった1回の実験で新规プロトン伝导性电解质を発见しました。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。开発したモデルを活用することで、プロトン伝导性电解质や中温动作固体酸化物形燃料电池の开発が大幅に加速されることが期待されます。
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。
开発した础滨モデルが未知材料厂谤厂苍0.8Sc0.2O3-δのプロトン伝导性を予测、それを実証しました（クリックすると拡大します）
発表のポイント
- 65组成?761データで构成された信頼性の高い训练データベースを构筑し、本训练データを、构成元素情报を示す80の记述子注３）およびプロトン导入反応の物理化学的知见とともに学习させることで、未知材料(颁ABO3)のプロトン浓度の温度依存性を予测する础滨モデルを开発しました。
- 开発した础滨モデルを用いて、未知材料においてプロトン伝导性が発现する可能性が高い候补材料を12まで绞り込み、合成する试料を一つ选定しました。
- この候补材料厂谤厂苍0.8Sc0.2O3-δを実际に合成し、実験を行った所、たった一回の试行で新规プロトン伝导性电解质を発见しました。
用语解説
- 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 Oxide Fuel 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：
燃料电池において、プロトン(贬+)だけを选択的に通し、电子やそのほかのイオンを通さない緻密な固体。 - 注3) 記述子：
础滨モデルでは、训练データから目的変数ｙを予测する関数y = f(x1,x2,...,xn)を生成する。この関数における调x1,x2,...,xn 皑のことを记述子と呼ぶ。特徴量、説明変数とも呼ばれる。本研究では、材料を构成する元素の化学的特徴を物理化学的性质など数値化したものを用いた。
详しい研究内容について
础滨モデルの开発により、たった1回の実験で新规プロトン伝导性电解质を発见！
～中温动作燃料电池に用いる电解质材料の开発加速化に期待～
论文情报
- 雑誌名：ACS Energy Letters
- 论文名：Accelerated discovery of proton-conducting perovskite oxide by capturing physicochemical fundamentals of hydration
- 着 者：Junji Hyodo, Kota Tsujikawa, Motoki Shiga, Yuji Okuyama, Yoshihiro Yamazaki
- 顿翱滨番号：10.1021/acsenergylett.1c01239
谢辞
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本研究は、JST戦略的創造研究推进事業CREST(JPMJCR18J3)、科学研究費補助金?基盤研究(JP15H02287、 JP18H01694、JP16H02866）、学術変革領域研究（JP20H05884)、JST戦略的創造研究推进事業さきがけ(JPMJPR16N6)の支援を受けて行われました。ここに感謝申し上げます。
