2026/04/28 更新

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ワタナベ コウノスケ
渡邊 孝之介
WATANABE KONOSUKE
所属
環境・社会理工学院 助教
職名
助教
外部リンク

学位

  • 博士(工学) ( 2022年3月   横浜国立大学 )

  • 修士(工学) ( 2019年3月   横浜国立大学 )

  • 学士(工学) ( 2017年3月   横浜国立大学 )

研究キーワード

  • 燃料電池

  • 水電解

  • 物質輸送

研究分野

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 移動現象、単位操作

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 熱工学

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 流体工学

学歴

  • 横浜国立大学   理工学府   機械・材料・海洋系工学専攻

    2019年4月 - 2022年3月

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    国名: 日本国

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  • 横浜国立大学   工学府   システム統合工学専攻

    2017年4月 - 2019年3月

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    国名: 日本国

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  • 横浜国立大学   理工学部   機械工学・材料系学科

    2013年4月 - 2017年3月

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    国名: 日本国

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経歴

  • 東京科学大学   環境・社会理工学院 融合理工学系   助教

    2025年4月 - 現在

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    国名:日本国

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  • 国立研究開発法人産業技術総合研究所   極限機能材料研究部門   産総研特別研究員

    2022年4月 - 2025年3月

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    国名:日本国

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  • 横浜国立大学   理工学部   非常勤講師

    2020年10月 - 2021年3月

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  • 独立行政法人日本学術振興会   特別研究員(DC1)

    2019年4月 - 2022年3月

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    国名:日本国

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所属学協会

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論文

  • Demonstration of High Durability of Co-Free Cathode for Protonic Ceramic Fuel Cells in 3000 h Operation 査読 国際誌

    Konosuke Watanabe, Aman Sharma, Masaya Fujioka, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Isao Kagomiya, Yuichi Mikami, Kosuke Yamauchi, Tomohiro Kuroha, Masashi Mori, Yasunobu Mizutani, Hiroyuki Shimada

    Energy Technology   14 ( 1 )   2026年1月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    For the practical application of protonic ceramic fuel cells (PCFCs), the development of highly durable PCFCs is essential, and long‐term operation of more than 1000 h must be demonstrated. In this study, a PCFC with a BaZr 0.8 Yb 0.2 O 3− δ (BZYb20) electrolyte, BaCe 0.7 Zr 0.1 Y 0.1 Yb 0.1 O 3– δ (BCZYYb) porous interlayer, and Co‐free La 0.65 Ca 0.35 FeO 3– δ (LCaF)‐BCZYYb composite cathode was fabricated. The fabricated PCFC exhibited good adhesion between each component. A long‐term durability test was performed on the fabricated PCFC upon constant current operation at 600°C. Initially, a slight voltage drop was observed in the first 500 h owing to an increase in the cathode polarization resistance. After that, the PCFC maintained a near‐constant voltage between 500 and 1000 h of operation. Upon 1000–3000 h of operation, a degradation rate of 0% kh −1 was achieved. No diffusion of all elements of the cathode into the BZYb20 electrolyte was observed by inserting of the BCZYYb interlayer. This study highlights the potential of Co‐free cathodes such as LCaF‐BCZYYb cathode in the fabrication of highly durable and stable PCFCs.

    DOI: 10.1002/ente.202501323

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    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/ente.202501323

  • Electrochemical Performance of Highly Oxygen-Permeable Ba(Co,Fe,Y)O3-Based Cathodes in Protonic Ceramic Fuel Cells 査読 国際誌

    Konosuke Watanabe, Aman Sharma, Masaya Fujioka, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Hirofumi Sumi, Md Saiful Alam, Isao Kagomiya, Yasunobu Mizutani, Hiroyuki Shimada

    Fuel Cells   26 ( 1 )   e70042   2026年1月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) have high energy conversion efficiencies and can be employed as next-generation fuel cells. However, novel cathode materials with high electrochemical performances at low operating temperatures are required to practically apply PCFCs. BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3–δ (BCFZrY) is a promising material for PCFC cathodes owing to its low electrode polarization resistance (Rp). Herein, instead of Zr doping, BaCo0.4Fe0.4A0.1Y0.1O3–δ (BCFAY) compounds, where A represents Ti, Mg, or Zn, were evaluated as PCFC cathode materials. BCFAY (A: Ti, Mg, or Zn) compounds have a higher oxygen permeability than BCFZrY. The electrochemical properties and power generation performance of the PCFCs with BCFAY cathodes were measured and compared with those of PCFCs with BCFZrY cathodes. The PCFC with a BCFMgY cathode exhibited the lowest Rp, leading to the highest power density, that is, 0.80 W cm−2 at 600°C. In addition, for all PCFCs with BCFY-based cathodes, the reciprocal area-specific resistances of Rp and oxygen permeability fluxes of the cathode materials had an approximately proportional relationship. Therefore, it was confirmed that PCFC cathodes with a high oxygen permeability had a low cathode polarization resistance, which significantly enhanced the power generation performance of PCFCs.

    DOI: 10.1002/fuce.70042

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  • Durability Improvement of Protonic Ceramic Fuel Cells by High Temperature Sintered Cobalt-Free (La,Ca)FeO3–δ Based Cathodes 査読

    Konosuke WATANABE, Masaya FUJIOKA, Yuki YAMAGUCHI, Katsuhiro NOMURA, Isao KAGOMIYA, Masashi MORI, Ryuma Malik MATSUDA, Yasunobu MIZUTANI, Hiroyuki SHIMADA, Hirofumi SUMI

    Electrochemistry   93 ( 3 )   037006   2025年3月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:The Electrochemical Society of Japan  

    The durability of protonic ceramic fuel cells (PCFCs) decreases owing to Co diffusion from the cathode into the electrolyte. To prevent Co diffusion during high-temperature cathode sintering and improve PCFC durability, this study proposes two methods: (1) low-temperature sintering of the Co-containing cathode and (2) the use of a Co-free cathode. Durability studies were conducted using anode-supported PCFCs with different cathodes: La0.6Sr0.4CoO3−δ (LSCo)–BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3−δ (BCZYYb) sintered at 900 and 1100 °C, and La0.65Ca0.35FeO3−δ (LCaF)–BCZYYb sintered at 1100 °C. Both cells with LSCo–BCZYYb cathodes exhibited low durability, regardless of sintering temperature. In contrast, cells with LCaF–BCZYYb cathodes demonstrated higher durability due to the absence of elemental diffusion and good adhesion at the cathode–electrolyte interface. The LCaF–BCZYYb cathode is a promising candidate for high-durability applications in PCFCs.

    DOI: 10.5796/electrochemistry.24-00130

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  • Performance enhancement of protonic ceramic fuel cells using a Co-free La0.65Ca0.35FeO3–δ cathode composited with perovskite Ba(Ce,Zr)O3–δ-based oxides 査読 国際誌

    Konosuke Watanabe, Masaya Fujioka, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Hirofumi Sumi, Isao Kagomiya, Yasunobu Mizutani, Hiroyuki Shimada

    Ceramics International   50 ( 20 )   40402 - 40408   2024年10月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    Co-free cathodes are expected to reduce the manufacturing costs and improve the durability of protonic ceramic fuel cells (PCFCs). However, their catalytic activity is lower than that of Co-containing cathodes used in PCFCs. In solid-oxide fuel cells (SOFCs), La0.65Ca0.35FeO3–δ (LCaF) reportedly exhibits high performance as a Co-free cathode. Furthermore, LCaF composite cathodes, along with oxide-ion conductors such as Gd-doped CeO2 have been used to enhance the performance of SOFCs. This study was focused on improving the performance of PCFCs using LCaF cathodes composited with BaZr0.8Yb0.2O3–δ (BZYb) or BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3–δ (BCZYYb). The cell with the LCaF–BCZYYb cathode, whose ohmic and electrode polarization resistances were lower than those with the LCaF and LCaF–BZYb cathodes, exhibited a high maximum power density. Scanning electron microscopic images demonstrated the grain growth of BCZYYb in the composite cathode. The advanced sintering of BCZYYb enhanced the adhesion between the electrolyte and cathode interface, thereby decreasing the ohmic resistance of the cell with the LCaF–BCZYYb cathode. Additionally, the polarization resistance of the cell with the LCaF–BCZYYb cathode decreased owing to the expansion of the triple phase boundaries far from the electrolyte surface induced by the connected percolation of BCZYYb. Therefore, these results demonstrate the significance of the sinterability of a proton conductor in a composite cathode toward the development of high-performance Co-free cathodes for PCFCs.

    DOI: 10.1016/j.ceramint.2024.06.377

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  • Effect of cobalt content on electrochemical performance for La0.6Sr0.4CoxFe1-xO3-δ and BaZr0.8Yb0.2O3-δ composite cathodes in protonic ceramic fuel cells 査読 国際誌

    Konosuke Watanabe, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Hirofumi Sumi, Masashi Mori, Yasunobu Mizutani, Hiroyuki Shimada

    Ceramics International   49 ( 12 )   21085 - 21090   2023年6月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    This study compares the electrochemical performance of the composite cathodes of La0.6Sr0.4CoxFe1-xO3-δ and BaZr0.8Yb0.2O3-δ (BZYb) sintered at 900 and 1100 °C in anode-supported protonic ceramic fuel cells (PCFCs) using a BZYb electrolyte. For materials composited with BZYb, La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ (LSCF), La0.6Sr0.4CoO3–δ (LSC), and La0.6Sr0.4FeO3–δ (LSF) were used. The composite cathodes sintered at 1100 °C showed higher performance than those sintered at 900 °C, because the number and thickness of proton conductive network paths of BZYb within the composite cathodes increase with increasing sintering temperature. The PCFCs with LSCF-BZYb, LSC-BZYb, and LSF-BZYb composite cathodes exhibit power densities of 0.25, 0.19, and 0.07 W cm−2, respectively, at an operating temperature of 600 °C. The polarization resistance of the Co-free LSF-BZYb composite cathodes is originally higher than those of the Co-containing LSC-BZYb and LSCF-BZYb cathodes, suggesting that Co plays an important role in obtaining high catalytic activity for cathode reactions in PCFCs as well as conventional solid oxide fuel cells.

    DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.03.105

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  • Existence of Dissolved Oxygen near Anode Catalyst in Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers 査読 国際誌

    Konosuke Watanabe, Kohei Wakuda, Kodai Wani, Takuto Araki, Kensaku Nagasawa, Shigenori Mitsushima

    Journal of The Electrochemical Society   169 ( 4 )   044515   2022年4月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1149/1945-7111/ac6392

    Web of Science

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  • Influence of the Diffusion Media Structure for the Bubble Distribution in Direct Formic Acid Fuel Cells 査読 国際誌

    Konosuke Watanabe, Takuto Araki, Takuya Tsujiguchi, Gen Inoue

    Journal of The Electrochemical Society   167 ( 13 )   134502   2020年9月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1149/1945-7111/abb565

    Web of Science

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  • Visualization technique for time-variant hydrogen concentration distribution in porous materials using hydrogen storage alloy thin film 査読 国際誌

    Konosuke Watanabe, Koshi Hamada, Takuto Araki

    International Journal of Hydrogen Energy   43 ( 27 )   12377 - 12385   2018年7月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.04.180

    Web of Science

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  • Enhanced proton conductivity in zirconium-rich perovskites via barium diffusion-assisted low-temperature sintering 査読 国際誌

    Aman Sharma, Konosuke Watanabe, Hiroyuki Shimada, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Mizuki Momai, Yasunobu Mizutani, Hirofumi Sumi, Masaya Fujioka

    Journal of Materials Chemistry A   2025年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Royal Society of Chemistry (RSC)  

    This study demonstrated a Ba-diffusion-assisted sintering strategy that enables complete densification of BaCe0.4Zr0.4Y0.1Yb0.1O3−δ (BCZYYb4411) electrolytes at substantially reduced temperatures (1200–1400 °C) compared to conventional methods (≥1600 °C). By controlling barium carbonate (BaCO3) addition (0–6 wt%) in the anode layer, we facilitated natural diffusion of barium into the electrolyte during co-sintering, eliminating the need for external sintering aids or specialized processing techniques. Systematic microstructural analysis revealed that 2 wt% BaCO3 addition resulted in optimal densification, with grain size increasing from ∼1 μm at 1200 °C to ∼10 μm at 1400 °C. X-ray diffraction confirmed phase purity across all sintering temperatures, while electrochemical impedance spectroscopy demonstrated significantly enhanced proton conductivity (∼5 × 10−3 S cm−1 at 650 °C) and reduced activation energy (0.16 eV) for samples with 2 wt% BaCO3 sintered at 1400 °C. The calculated area-specific resistance values from proton conductivity measurements reached as low as 0.2 Ω cm2, representing a 67% reduction compared to reference samples without BaCO3 addition and comparable to previously reported values for PCFCs sintered at much higher temperatures (1450–1500 °C). This processing innovation addresses fundamental challenges in zirconium-rich proton conductors while preserving their intrinsic electrochemical properties, offering a practical pathway toward more efficient and cost-effective protonic ceramic fuel cell manufacturing.

    DOI: 10.1039/d5ta06821e

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  • High-Performance Protonic Ceramic Fuel Cell with Ytterbium-Doped Barium Zirconate: Reducing Cathode Polarization by Improving Electrolyte Surface Condition 査読 国際誌

    Hiroyuki Shimada, Konosuke Watanabe, Masaya Fujioka, Katsuhiro Nomura, Aman Sharma, Yuki Yamaguchi, Hirofumi Sumi, Yasunobu Mizutani

    ACS Applied Materials & Interfaces   17 ( 28 )   40639 - 40649   2025年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) have great potential to realize ultrahigh energy-conversion efficiency, but higher power density is required for future commercialization. The present work reports the effect of the electrolyte surface condition related to chemical composition such as stoichiometry and element distribution on cathode performance as a key for high-performance PCFCs. In our PCFCs, Ce-free Yb-doped BaZrO3 (BZYb20) electrolytes are prepared using two BZYb20 raw powder materials with different A/B ratios, i.e., Ba0.97Zr0.8Yb0.2O3−δ (Cell-97) and Ba0.99Zr0.8Yb0.2O3−δ (Cell-99). These PCFCs exhibit different element distributions on their BZYb20 electrolyte surfaces, namely, a heterogeneous element distribution with segregation of Yb2O3 for Cell-97 and a homogeneous distribution for Cell-99. The maximum power density of Cell-99 is higher than that of Cell-97 and reaches exceptionally high values, e.g., ∼1.3 W cm–2 at 600 °C and ∼0.7 W cm–2 at 500 °C, which are the highest attained for PCFCs with Ce-free BaZrO3-based electrolytes. The distribution of relaxation times and fitting analysis reveals that the cathode polarization resistance of Cell-99 is much lower than that of Cell-97 even when using the same cathode material. In conclusion, an optimal electrolyte surface condition significantly reduces cathode polarization resistance, leading to the achievement of high-performance PCFCs.

    DOI: 10.1021/acsami.5c04806

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  • Oxygen reduction kinetics of high performance BaCo0.4Fe0.4M0.1Y0.1O3-δ (M = Mg, Zr) positrode for protonic ceramic fuel cells 査読 国際誌

    Hirofumi Sumi, Konosuke Watanabe, Aman Sharma, Masaya Fujioka, Hiroyuki Shimada, Yasunobu Mizutani, Md Saiful Alam, Isao Kagomiya

    Communications Chemistry   8   71   2025年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) should exhibit high performance at intermediate temperatures in the range of 400–600 °C. To reduce the operating temperature, more active air electrodes (positrodes) are needed. In the present work, BaCo0.4Fe0.4Mg0.1Y0.1O3-δ (BCFMY) is investigated as a positrode material for application in PCFCs as well as solid oxide fuel cells (SOFCs). For SOFCs, the polarization resistance ascribed to the oxygen reduction reaction is proportional to pO2−1/4 (pO2: oxygen partial pressure), suggesting that the rate-determining process is the charge transfer on the mixed ionic-electronic conductors. For PCFCs, this polarization resistance is proportional to pO2−1/2, suggesting that the rate-determining process is the oxygen dissociation. The total polarization resistance for the PCFCs using the BCFMY positrode is 0.066 Ωcm2 at 600 °C, lower than that using the BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3-δ (BCFZY) positrode. The higher oxygen nonstoichiometry of BCFMY promotes the oxygen dissociation process on the PCFC positrode surface.

    DOI: 10.1038/s42004-025-01468-4

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  • Enhanced PCFC performance via anode additive BaCO3–Induced grain growth in BZYb electrolyte 査読 国際誌

    Aman Sharma, Konosuke Watanabe, Hiroyuki Shimada, Melbert Jeem, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Mizuki Momai, Yasunobu Mizutani, Hirofumi Sumi, Masaya Fujioka

    Journal of Power Sources   631   236198   2025年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    This study explores Ba diffusion sintering as a novel method to enhance the densification and microstructural properties of BaZr0.8Yb0.2O3–δ (BZYb20) electrolytes for proton-conducting fuel cells (PCFCs). By adding BaCO3 to the anode and optimizing sintering conditions, significant improvements in electrolyte grain growth and densification are achieved. The sintering mechanism, driven by chemical potential gradients of Ba, Ni, and Yb, involves element migration toward the electrolyte surface and the formation of a Ba–Ni–O phase. Ba diffusion plays a central role, with Ni evaporation and reverse Ba migration contributing to improved microstructure, while Yb diffusion at elevated temperatures leads to porous structure formation. This approach enables the synthesis of dense electrolytes with a uniform grain size of 4–5 μm, doubling proton conductivity compared to BaCO3–free samples. However, excessive anode densification reduces the H2 supply, which is mitigated by adjusting the NiO–BZYb ratio from 60:40 to 80:20, yielding a peak power density of 0.85 W cm−2 at 600 °C. The findings highlight Ba diffusion's critical role in controlling microstructure and optimizing PCFC performance, providing a foundation for further sintering optimization.

    DOI: 10.1016/j.jpowsour.2025.236198

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  • Ba(Co,Fe,Y)O3-δ系空気極を用いたプロトン伝導セラミック燃料電池の発電特性 招待 査読

    渡邊 孝之介, Aman Sharma, 藤岡 正弥, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 鷲見 裕史, Md Saiful Alam, 籠宮 功, 水谷 安伸, 島田 寛之

    燃料電池   24 ( 3 )   73 - 78   2025年1月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:一般社団法人燃料電池開発情報センター  

    プロトン伝導セラミック燃料電池(PCFC)の実用化に向けて、高性能な空気極材料の開発が盛んに行われている。高性能な空気極の候補材料としては、BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3-δ(BCFZrY)が代表例として挙げられるが、BCFZrYの Zr の代わりに Mg をドープした BaCo0.4Fe0.4Mg0.1Y0.1O3-δ(BCFMgY)は BCFZrY より高い酸素透過性を示し、さらに優れた空気極となる可能性が示唆されている。BCFMgY の PCFC 空気極への適用性を検討するため、BCFZrYおよび BCFMgY を PCFC の空気極として実装し、それらの発電特性を評価・比較した。その結果、BCFMgY 空気極を搭載した PCFC は、BCFZrY 空気極を搭載した PCFC よりも低い電極抵抗と高い出力密度を示した。したがって、BCFMgY は PCFC の有望な空気極材料として期待できる。

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    その他リンク: https://cir.nii.ac.jp/crid/1520021713767261568

  • Hydrogen-Assisted Mg Intercalation into 2H-TaS2 査読 国際誌

    Masaya Fujioka, Khurelbaatar Zagarzusem, Suguru Iwasaki, Aman Sharma, Konosuke Watanabe, Rei Nakayama, Mizuki Momai, Yuki Yamaguchi, Hiroyuki Shimada, Katsuhiro Nomura, Yasunobu Mizutani, Hirofumi Sumi, Masashi Tanaka, Melbert Jeem, Mineyuki Hattori, Hiroyuki Saitoh, Toshinori Ozaki, Masanori Nagao, Kazuki Nagashima

    Journal of the American Chemical Society   146 ( 50 )   34324 - 34332   2024年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    Intercalation reactions are highly dependent on the electronic and structural relationships between host and guest materials. It is difficult for divalent ions, such as Mg, to undergo intercalation reactions compared with monovalent cations. However, further development of synthetic techniques for controlling divalent ions is strongly demanded to advance applied chemistry and fundamental physics. In this study, the cointercalation of Mg and H into the transition-metal chalcogenide TaS2 was utilized to obtain bulk polycrystalline MgxHyTaS2. Introduced H can be extracted via postannealing at approximately 400 °C without altering the crystal structure. This study clarified the relationship between superconducting properties and electronic carrier density from the perspectives of calculations and experiments, along with the advantages of using hydride as a multivalent intercalation reaction.

    DOI: 10.1021/jacs.4c07294

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  • Effects of porous transport layer wettability on performance of proton exchange membrane water electrolyzer: Mass transport overvoltage and visualization of oxygen bubble dynamics with high-speed camera 査読 国際誌

    Kaito Shigemasa, Kodai Wani, Takeshi Nakayama, Konosuke Watanabe, Kohei Wakuda, Ryuhei Shiono, Kota Asaoka, Takuto Araki, Kensaku Nagasawa, Shigenori Mitsushima

    International Journal of Hydrogen Energy   62   601 - 609   2024年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    For producing hydrogen from renewable energy, a proton exchange membrane water electrolyzer (PEMWE) is an appealing method offering higher current density and purity of generated hydrogen than other electrolyzers. However, this technique should be further developed to have higher efficiency for utilization. The main issue on reducing the PEMWE performance is the management of generated oxygen bubbles near the reaction site. They persist near the reaction site, inhibit the water supply, and significantly reduce the reaction efficiency. Therefore, how oxygen bubbles are removed from the reaction site should be optimized, however, the mechanism of transport phenomena of oxygen bubbles through the porous transport layer (PTL) has not been clarified. Therefore, in this study, an original cell was developed which allowed us to observe bubble movements inside PTL with a high-speed camera, and the effects of PTL wettability on the oxygen bubble movement were investigated. The PTL wettability drastically affected the PEMWE performance and bubble movement, and hydrophobic PTL reduced the PEMWE performance. The oxygen bubbles tended to stay inside hydrophobic PTL, which might cause lower PEMWE performance.

    DOI: 10.1016/j.ijhydene.2024.02.356

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  • Investigation of degradation mechanisms by overpotential evaluation for protonic ceramic fuel cells 査読 国際誌

    Hirofumi Sumi, Hiroyuki Shimada, Konosuke Watanabe, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Yasunobu Mizutani, Ryuma Malik Matsuda, Masashi Mori, Keiji Yashiro, Takuto Araki, Yuji Okuyama

    Journal of Power Sources   582   233528   2023年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    Overpotential is frequently estimated from electrochemical impedance spectroscopy to evaluate the electrode performance of fuel cells. However, the overpotential of protonic ceramic fuel cells (PCFCs) is possibly underestimated because of hole conductivity in the electrolyte. In the present work, the overpotentials of PCFCs with BaZr0.8Yb0.2O3-δ (BZYb) and BaCe0.4Zr0.4Y0.1Yb0.1O3-δ (BCZYYb) electrolytes are accurately estimated using distribution of relaxation times analysis and an equivalent circuit model with considering a polarization resistance during durability tests. The activation overpotential in an open circuit state is not zero because leakage current flows in the PCFC electrolytes. The activation overpotential of the cell with the BCZYYb electrolyte is higher than that with the BZYb electrolyte because of the interdiffusion of nickel from the Ni-based anode to the cathode and cobalt from the La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ cathode to the anode. The compressive internal stress in the electrolyte, determined by the cos α method using X-ray, decreases after discharging. Intergranular cracks formed at the grain boundary through nickel deposition, causing an increase in the ohmic overpotential with time for the both cells with BZYb and BCZYYb electrolytes. The interdiffusion of transition metals from the anode/cathode to the electrolyte in the manufacturing process should be prevented to improve the PCFC durability.

    DOI: 10.1016/j.jpowsour.2023.233528

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  • External Current Dependence of Polarization Resistances for Reversible Solid Oxide and Protonic Ceramic Cells with Current Leakage 査読 国際誌

    Hirofumi Sumi, Hiroyuki Shimada, Konosuke Watanabe, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Yasunobu Mizutani, Yuji Okuyama

    ACS Applied Energy Materials   6 ( 3 )   1853 - 1861   2023年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/acsaem.2c03733

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  • Novel T-shaped Electrodes for PEM Water Electrolysis and Numerical Evaluation of Three-dimensional Potential Distribution 査読

    Naruhisa TSUKASE, Konosuke WATANABE, Takuto ARAKI, Kensaku NAGASAWA, Shigenori MITSUSHIMA

    Electrochemistry   90 ( 12 )   127002   2022年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.5796/electrochemistry.22-00110

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MISC

  • Investigation of La0.65Ca0.35FeO3−δ as a Co-Free Cathode for Protonic Ceramic Fuel Cells with Yb-Doped BaZrO3 Electrolyte 査読 国際誌

    Konosuke Watanabe, Hiroyuki Shimada, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Hirofumi Sumi, Isao Kagomiya, Yasunobu Mizutani

    ECS Transactions   111 ( 6 )   341 - 347   2023年5月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(国際会議プロシーディングズ)   出版者・発行元:The Electrochemical Society  

    Although cobalt-containing cathode materials are widely used in protonic ceramic fuel cells (PCFCs) because of its high catalytic activity, cobalt diffuses into the proton-conducting electrolyte, thereby decreasing the power generation performance. To achieve a higher power generation performance in PCFCs with a cobalt-free cathode, we fabricate anode-supported PCFCs using BaZr0.8Yb0.2O3–δ as the electrolyte, and composite cathodes of La0.65Ca0.35FeO3−δ (LCaF) and BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3−δ (BZCYYb). The mixing weight ratios of LCaF and BZCYYb are varied to 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, and 30:70. The PCFC with LCaF–BZCYYb (60:40) composite cathode exhibits the highest power generation performance in the operating temperature range of 500–700 °C with a maximum power density (MPD) of 0.41 W cm−2 at the operating temperature of 600 °C. This MPD value is higher than that obtained in our previous study using a PCFC with a La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ–BZCYYb composite cathode.

    DOI: 10.1149/11106.0341ecst

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  • Visualization of oxygen bubble behavior depending on porous material in PEM water electrolysis cell 査読

    Konosuke WATANABE, Kohei WAKUDA, Kodai WANI, Takuto ARAKI

    The Proceedings of the International Conference on Power Engineering (ICOPE)   2021.15   2021-0266   2021年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(国際会議プロシーディングズ)   出版者・発行元:Japan Society of Mechanical Engineers  

    In recent years, water electrolysis technology that converts renewable energy into hydrogen has attracted attention to build a hydrogen energy system. Improving efficiency is essential for the future commercialization of proton exchange membrane (PEM) water electrolysis. One of the serious problems is that the staying of generated oxygen bubbles on the reaction site inhibits the water supply and significantly reduces the reaction efficiency. However, the mechanism of generation, growth, and detachment of oxygen bubbles in PEM water electrolysis cells has not been clarified. Therefore, it is necessary to understand these behaviors. In this study, the bubble behavior was observed on two types of anode porous transport layer (PTL) with non-treated and hydrophobic surface by using a high-speed camera. The oxygen bubble detachment speed was faster with a non-treated anode PTL than with a hydrophobic anode PTL. Moreover, a hydrophobic anode PTL hold more bubbles on the surface of PTL than a non-treated anode PTL. Therefore, it was assumed that the oxygen bubble behavior depend on the hydrophobicity of the anode PTL.

    DOI: 10.1299/jsmeicope.2021.15.2021-0266

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  • The Effect of CO2 Bubble Distribution on Power Generation Performance of a Direct Formic Acid Fuel Cell 査読 国際誌

    Konosuke Watanabe, Takuto Araki, Gen Inoue, Ryota Mochizuki, Takuya Tsujiguchi

    ECS Transactions   92 ( 8 )   335 - 340   2019年7月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(国際会議プロシーディングズ)   出版者・発行元:The Electrochemical Society  

    Direct formic acid fuel cells (DFAFCs) have received considerable attention because they can generate higher power density compared with other direct liquid fuel cells. However, when the generated CO2 bubbles are retained in the anode porous transport layer (PTL), the performance of DFAFCs deteriorates. In this study, power generation characteristics of DFAFCs using two types of PTL, viz. carbon paper and carbon cloth, were investigated. It was found that the maximum current density is about 60 mA/cm2 higher with the carbon cloth than with the carbon paper. The CO2 bubble distributions in anode PTLs were visualized during the operation using X-ray computed tomography, and the visualized images showed that the PTL structure affected the CO2 bubble distribution, and that the transport paths of formic acid through liquid phase are tortured. Thus, it could be concluded that the transport characteristics of CO2 bubbles affect the power generation characteristics of DFAFCs.

    DOI: 10.1149/09208.0335ecst

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  • (Invited) Investigation of Co-Free Cathode Composited with Proton Conductors for Protonic Ceramic Fuel Cells with Yb-Doped BaZrO3 Electrolyte 招待 国際誌

    Konosuke Watanabe, Hiroyuki Shimada, Aman Sharma, Masaya Fujioka, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Hirofumi Sumi, Yasunobu Mizutani

    ECS Meeting Abstracts   MA2024-02 ( 48 )   3323   2024年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:The Electrochemical Society  

    Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) are expected to gain significant advantage from the use of Co-free cathodes. This shift can lead to reduced manufacturing costs and enhance durability performance. In our previous study, the investigation compared the power generation characteristics of PCFCs with BaZr0.8Yb0.2O3-δ (BZYb) electrolytes utilizing cathodes composed of La0.6Sr0.4FeO3-δ (LSF) as a Co-free cathode material and La0.6Sr0.4CoO3-δ (LSC) or La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) as Co-containing cathode materials composited with BZYb. Consequently, the PCFC with an LSF-BZYb cathode exhibited lower performance compared to the PCFCs with LSC-BZYb and LSCF-BZYb cathodes due to the higher electrode polarization resistance.

    In this study, the challenges associated with achieving high-performance Co-free cathodes that can match the performance of Co-containing cathodes are presented, along with the mechanism to enhance performance. To improve performance, the use of La0.65Ca0.35FeO3-δ (LCaF), as a Co-free cathode, in addition to LSF, which has been reported to demonstrate high performance in SOFCs, was explored. Additionally, LCaF was composited with BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-δ (BCZYYb), known for its higher proton conductivity and easier sinterability than BZYb.

    When comparing the power generation characteristics of PCFCs with LCaF-BZYb and LSF-BZYb cathodes, the PCFC with LCaF-BZYb cathode exhibited higher ohmic and electrode polarization resistances. These results were attributed to weak adhesion between the electrolyte and cathode, resulting in lower performance than the PCFC with LSF-BZYb cathode.

    Furthermore, when comparing the power generation characteristic of the PCFC with a composite cathode of LCaF and BCZYYb with the LCaF-BZYb cathode, the ohmic and electrode polarization resistances were significantly lower. This improvement was attributed to the advanced sintering of BCZYYb and the connected percolation of the proton-conducting network. Consequently, the performance of the PCFC with the LCaF-BCZYYb cathode surpassed that of the LCaF-BZYb cathode and was comparable to Co-containing cathodes such as LSC-BCZYYb cathode.

    In conclusion, for Co-free cathodes in PCFCs, it is crucial to composite them with proton conductors possessing better sinterability, such as BCZYYb, to achieve higher performance.

    Acknowledgements: This work is based on the results obtained from a project (JPNP20003) commissioned by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), Japan.

    DOI: 10.1149/ma2024-02483323mtgabs

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  • BaCoxFe1.0-xNi0.1Y0.1O3-δペロブスカイトにおけるCo/Fe固溶量が酸素透過性及びPCFC空気極性能に及ぼす効果

    加藤竜也, 籠宮功, 渡邊孝之介, 鷲見裕史, 島田寛之, 水谷安伸

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)   37th   3M19   2024年9月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池におけるBaコーティングによる電解質表面改質の効果

    島田寛之, 山口祐貴, 野村勝裕, 藤岡正弥, 渡邊孝之介, AMAN Sharma, 鷲見裕史, 水谷安伸

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)   37th   3M24   2024年9月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • 機械学習によるBa(Ce0.8-xZrx)(M10.2-yM2y)O3(M1=Y,Yb,M2=Co,Ni)ペロブスカイト型プロトン伝導体の空間群予測

    野村勝裕, 島田寛之, 山口祐貴, 藤岡正弥, 渡邊孝之介, 鷲見裕史, SHIN W., 水谷安伸, 奥山勇治

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)   37th   1V25   2024年9月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • Ba(Ce0.4Zr0.4)(Sc0.2-xGax)O3-δ系ペロブスカイト型酸化物の合成,結晶構造,熱膨張係数,化学膨張率,及びCO2耐性

    野村勝裕, 島田寛之, 山口祐貴, 藤岡正弥, 渡邊孝之介, 鷲見裕史, SHIN W., 水谷安伸, 奥山勇治

    日本セラミックス協会年会講演予稿集(Web)   2024   2L12   2024年3月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • 易焼結性BaZr0.8Yb0.2O3-δナノ粉末を用いたプロトン伝導セラミック燃料電池の開発

    島田寛之, 山口祐貴, 鷲見裕史, 野村勝裕, 藤岡正弥, 渡邊孝之介, 佐藤和好, 水谷安伸

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)   36th   1C24   2023年8月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • Ba(Co,Fe,Y)O3-δ系カソードを用いたプロトン伝導セラミック燃料電池の発電特性

    渡邊孝之介, 島田寛之, 藤岡正弥, 山口祐貴, 野村勝裕, 鷲見裕史, 籠宮功, 水谷安伸

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)   36th   1C25   2023年8月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • 機械学習によるBa(Ce0.8-xZrx)Yb0.2O3ペロブスカイト型プロトン伝導体の空間群予測

    野村勝裕, 島田寛之, 山口祐貴, 藤岡正弥, 渡邊孝之介, 鷲見裕史, SHIN W., 水谷安伸, 奥山勇治

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)   36th   1J20   2023年8月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • Investigation of La0.65Ca0.35FeO3−δ as a Co-Free Cathode for Protonic Ceramic Fuel Cells with Yb-Doped BaZrO3 Electrolyte 国際誌

    Konosuke Watanabe, Hiroyuki Shimada, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Hirofumi Sumi, Isao Kagomiya, Yasunobu Mizutani

    ECS Meeting Abstracts   MA2023-01 ( 54 )   50   2023年8月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:The Electrochemical Society  

    In protonic ceramic fuel cells (PCFCs), the use of cobalt-free cathodes is expected to reduce manufacturing costs and improve durability performance. However, cobalt-free cathodes generally tend to have poor power generation performance due to their lower catalytic activity than cobalt-containing cathodes. Therefore, based on a previous study in which higher power generation performance was obtained with SOFCs using La0.65Ca0.35FeO3−δ (LCaF) than with SOFCs using La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) containing cobalt, we focused on LCaF as a cobalt-free cathode. In this study, we attempted to apply cathodes with LCaF to anode-supported PCFCs using a BaZr0.8Yb0.2O3-δ (BZYb) electrolyte in order to improve the power generation performance and durability of PCFCs.

    The proton-conducting oxides used for composite cathodes were investigated. BZYb, which is the same as the electrolyte, was used, but the adhesion between the electrolyte and the cathode was poor. When, BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ (BZCYYb), which has good sinterability compared with BZYb, was therefore used, reading to improvement in the adhesion. Moreover, process parameters such as composite ratio and sintering temperature were also optimized. As a result, a maximum power density of 0.4 W cm-2 at an operating temperature of 600 °C was obtained for PCFCs using a composite cathode of LCaF and BZCYYb at a weight ratio of 6:4 sintered at 1100 °C, which is equivalent to PCFCs using a cathode with LSCF. In addition, the voltage drop rate of PCFCs using a composite cathode of LCaF and BZCYYb in the constant current durability test (0.26 A cm-2) at an operating temperature of 600 °C was 4% per 1000 hours, less than 1/10 that of PCFCs using a cathode with LSCF. Based on these results, LCaF is one of the candidate materials of cobalt-free cathode for PCFCs.

    Acknowledgements: This work is based on the results obtained from a project (JPNP20003) commissioned by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), Japan.

    DOI: 10.1149/ma2023-015450mtgabs

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池におけるLa0.65Ca0.35FeO3-δを用いたCo-freeカソードの検討

    渡邊孝之介, 島田寛之, 山口祐貴, 野村勝裕, 鷲見裕史, 籠宮功, 水谷安伸

    日本セラミックス協会年会講演予稿集(Web)   2023   2L06   2023年3月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池の電子リークが分極抵抗に及ぼす影響

    鷲見裕史, 島田寛之, 渡邊孝之介, 山口祐貴, 野村勝裕, 水谷安伸, 奥山勇治

    固体イオニクス討論会講演要旨集   48th   142 - 143   2022年12月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本固体イオニクス学会  

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  • Co-freeカソード材料La0.65Ca0.35FeO3-δを用いたプロトン伝導セラミック燃料電池の発電特性

    渡邊孝之介, 島田寛之, 山口祐貴, 野村勝裕, 鷲見裕史, 籠宮功, 水谷安伸

    日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会講演要旨集   2022   34   2022年12月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会東海支部  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池におけるCo-freeカソードの可能性検討

    渡邊孝之介, 島田寛之, 山口祐貴, 野村勝裕, 鷲見裕史, 水谷安伸

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)   35th   1E08   2022年9月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • BaZr0.8Yb0.2O3-δ電解質を用いた燃料極支持型プロトン伝導セラミック燃料電池における電解質薄膜化の効果

    島田寛之, 山口祐貴, 鷲見裕史, 野村勝裕, 渡邊孝之介, 水谷安伸

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)   35th   1E07   2022年9月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本セラミックス協会  

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  • 固体高分子形水電解槽のアノード触媒近傍における酸素気泡可視化による溶存酸素場の検討

    和久田 康平, 渡邊 孝之介, 諏訪 秀樹, 荒木 拓人, 長澤 兼作, 光島 重徳

    動力・エネルギー技術の最前線講演論文集 : シンポジウム   2022.26   D122   2022年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:一般社団法人 日本機械学会  

    DOI: 10.1299/jsmepes.2022.26.d122

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  • Observation of Oxygen Bubble Growth near Anode Catalyst Electrode in PEM Water Electrolyzer 国際誌

    Konosuke Watanabe, Kohei Wakuda, Kodai Wani, Takuto Araki, Kensaku Nagasawa, Shigenori Mitsushima

    ECS Meeting Abstracts   MA2021-02 ( 41 )   1230   2021年10月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:The Electrochemical Society  

    Water electrolysis technology is expected to be essential to build a hydrogen energy system. In particular, proton exchange membrane water electrolyzer (PEMWE) has attracted much attention because of its advantages such as the ability to downsize the equipment and produce high-purity hydrogen [1]. Improving the electrolysis efficiency of PEMWE is needed for future commercialization. One of the serious problems to improve the electrolysis efficiency is the oxygen concentration overpotential [2]. The oxygen concentration overpotential is considered to be not only caused by the generated oxygen bubbles but also by the dissolved oxygen near the anode catalyst electrode. Therefore, it is necessary to investigate the concentration distribution of dissolved oxygen near the anode catalyst electrode and to clarify the mechanism of the oxygen concentration overpotential. Although there are some reports about oxygen bubbles in PEMWE [3], there are few reports which investigate the dissolved oxygen. In this study, due to investigate the existence of the dissolved oxygen, the oxygen bubble behavior near the anode catalyst electrode was observed by using a high-speed camera and measured the oxygen bubble size change.
    A single cell with a 1 cm2 active area was used and a transparent acrylic plate was set to the side face of the cell for observing bubbles. Nafion-117 was used as the PEM, and IrOx and Pt/C were used as the anode and the cathode catalysts, respectively. A sintered Ti with Pt plating was used for the anode porous transport layer (PTL) and a carbon paper (TGP-H-060) was used for the cathode PTL. A high-speed camera (Photron, FASTCAM Mini AX100) and two LED lighting apparatuses (Hayashi-Repic, LA-HDF108DA) were used for visualizing. The resolution was 1024 × 1024 pixel, the pixel size was 3.2 μm, and the framerate was 4000 fps. An electrochemical measurement system (Bio-Logic, SP-300) was used for the power supply. Visualization was performed during electrolysis at 30 mA/cm2 with current control.
    From the observation of oxygen bubble behavior, the diameter of oxygen bubbles continued to increase until the bubbles left a certain distance even after detached from the anode catalyst. It was considered that the generated oxygen dissolved into the water and there were oxygen supersaturated areas near the anode catalyst electrode.

    Reference
    [1] M. Carmo et al, Int. J. Hydrogen Energy, 38 (12), 4901-4934 (2013)
    [2] J. Kai et al, J. Electrochem. Soc., 166 (4), F246-F254 (2019)
    [3] P. J. Kim et al, J. Electrochem. Soc., 167, 124522 (2020)

    Acknowledgments
    This study was based on results obtained from a project (JPNP14021) commissioned by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) and also partly supported by JSPS KAKENHI Grant Number 19J20495.

    DOI: 10.1149/ma2021-02411230mtgabs

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  • Separation of Polarizations Using Shifted Electrode Arrangement in Proton Exchange Membrane Water Electrolysis 国際誌

    Konosuke Watanabe, Takuto Araki, Kensaku Nagasawa, Yoshiyuki Kuroda, Shigenori Mitsushima

    ECS Meeting Abstracts   MA2020-02 ( 38 )   2484   2020年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:The Electrochemical Society  

    Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) has attracted much attention because of its advantages such as the ability to downsize the equipment and produce high-purity hydrogen. For further improvement of the efficiency and durability of PEMWE, it is necessary to separate and examine polarizations. However, it is difficult to separate the anodic and cathodic polarizations by the AC impedance method. Also, it is difficult to separate resistance polarizations by using the reference poles with normal electrodes as shown in Figure 1 (a). Therefore, we are developing a device in which the electrode arrangement of both poles is deliberately shifted and a reference electrode is placed on each of the anode and cathode, as shown in Figure 1 (a) [1]. Since the phenomena in PEMWE are complicated due to the mutual influence of material/electric charge transport and reaction distribution, a multiphysical numerical analysis considering the potential distribution in the shifted electrode structure have been performed using COMSOL Multiphysics 5.4. Ohm's law was solved for the ionic charge transport in the electrolyte and the ionomer of the catalyst layer and also applied to the contact resistance between the electrode and the current collector. Butler-Volmer's equation was used for the activation overpotential at both poles. Figure 1(b) shows the electrolyte potential distribution when the electrode arrangement is shifted, and the potential distribution was completely changed from the (a). Figure 2 shows the relationship between the shift amount of electrode and the potential difference between both reference electrodes. The potential difference between both reference electrodes increases as the shift amount of electrode increases, and the rate of change of the potential difference decreases as the shift amount increases. Design and data processing based on these numerical results will lead to the development of devices that can perform more accurate separation of polarizations.

    Reference
    1) S. Mitsushima, H. Kashiwagi, K.Nagasawa, and Y. Kuroda, ECS Meet. Abstr., MA2019-02, 1715 (2019).

    DOI: 10.1149/ma2020-02382484mtgabs

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  • PEM水電解における参照極を用いた過電圧分離に関する数値解析

    渡邊孝之介, 井上翔輝, 柏木勇人, 長澤兼作, 黒田義之, 光島重徳, 荒木拓人

    日本伝熱シンポジウム講演論文集(CD-ROM)   57th   C324   2020年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本伝熱学会  

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  • The Effect of CO2 Bubble Distribution on Power Generation Performance of a Direct Formic Acid Fuel Cell 国際誌

    Konosuke Watanabe, Takuto Araki, Gen Inoue, Ryota Mochizuki, Takuya Tsujiguchi

    ECS Meeting Abstracts   MA2019-02 ( 33 )   1458   2019年9月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:The Electrochemical Society  

    Introduction
    Recently, formic acid is expected as one of the energy career for renewable energy. Especially, direct formic acid fuel cells (DFAFCs) which use formic acid as fuel, have received considerable attention since they can generate higher power density than the other direct liquid fuel cells [1]. However, CO2 gas is generated in the anode reaction when DFAFCs are operating. If CO2 bubbles stay in the anode gas diffusion layer (GDL) the mass transport resistance in GDL increases and the power generation performance of DFAFCs decreases with the lapse of time.
    In this study, we have investigated the effect of CO2 bubble distribution on power generation performance by visualizing the CO2 bubble distribution in DFAFCs during power generation using X-ray CT.

    Experimental
    A single cell with 1 cm2 of active area was used. We used NR-212 as proton exchange membrane, PEM. Pd/C was used for anode catalyst and Pt/C was used for cathode catalyst. Moreover, two types of GDL with different structures of carbon paper and carbon cloth were used.
    The voltage sweep was performed at a sweep rate of -5 mV / sec until the cell voltage turned from the open circuit voltage to 0 V, and the cell voltage and current density during the sweep were recorded.
    A three-dimensional measurement X-ray CT apparatus (TDM-1000H-Ⅱ (2K), Yamato Scientific) was used for visualizing CO2 bubble distribution in DFAFCs. It took 15 minutes to visualize and the spatial resolution was 2.7 μm.

    Results and discussion
    From the measurement of the power generation characteristics, it was found that the maximum current density is higher with carbon cloth GDL than with carbon paper GDL, despite the lower open circuit voltage. In addition, using carbon paper GDL, the gradient of polarization curve became steep in the high current density region. These phenomena are generally considered to be caused by mass transport, and in this experiment it is thought that this is probably due to the effect of bubbles in the anode GDL.
    Therefore, in order to investigate the influence of bubbles in the anode GDL, visualization was performed. Fig. 1 shows the CO2 bubble distribution in the anode GDL at high current density operation using each GDL. These figures are three-dimensional representation of the bubble distribution in the anode GDL averaged over 15 minutes of visualization time. Furthermore, these are top views seen from the vertically upward direction of the GDL plane, the white part indicates that bubbles exist.
    As shown in Fig. 1, using carbon paper GDL, bubbles were present under most of the rib and also present under the channel, which was thought to cause the power generation performance degradation due to the mass transport. On the other hand, with the carbon cloth GDL, there were almost no bubbles under the channel, and bubbles and voids were concentrated under the rib. It is considered that in the carbon cloth, the bubbles were concentrated in part and the discharge path of the bubbles was formed, so that the bubbles were efficiently discharged and the power generation performance did not decrease even in the high current density region.

    Reference
    1) Y. Zhu, Z. Khan, R.I. Masel, Journal of Power Sources, 139, 15-20 (2005)

    DOI: 10.1149/ma2019-02/33/1458

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  • 固体高分子形水電解で発生する酸素気泡の可視光カメラによる挙動観察

    中山 武志, 渡邊 孝之介, 荒木 拓人

    動力・エネルギー技術の最前線講演論文集 : シンポジウム   2019.24   C113   2019年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本機械学会  

    DOI: 10.1299/jsmepes.2019.24.c113

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  • 直接ギ酸形燃料電池における拡散電極構造とCO2気泡分布の相関

    渡邊孝之介, 望月亮太, 辻口拓也, 井上元, 荒木拓人

    日本伝熱シンポジウム講演論文集(CD-ROM)   56th   C224   2019年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本伝熱学会  

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  • 直接ギ酸形燃料電池における発生気泡の X 線 CT 可視化

    渡邊 孝之介, 重政 海都, 望月 亮太, 辻口 拓也, 荒木 拓人

    動力・エネルギー技術の最前線講演論文集 : シンポジウム   2018.23   C115   2018年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本機械学会  

    DOI: 10.1299/jsmepes.2018.23.c115

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  • 多孔質における非定常水素濃度分布の可視化手法の開発

    濱田高志, 渡邊孝之介, 荒木拓人

    日本伝熱シンポジウム講演論文集(CD-ROM)   54th   H1433   2017年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)   出版者・発行元:日本伝熱学会  

    J-GLOBAL

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講演・口頭発表等

  • Investigation of Co-Free Cathode Composited with Proton Conductors for Protonic Ceramic Fuel Cells with Yb-Doped BaZrO3 Electrolyte 招待 国際会議

    Konosuke Watanabe, Hiroyuki Shimada, Aman Sharma, Masaya Fujioka, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Hirofumi Sumi, Yasunobu Mizutani

    PRiME 2024  2024年10月  The Electrochemical Society

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    開催年月日: 2024年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:Honolulu, HI   国名:アメリカ合衆国  

    Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) are expected to gain significant advantage from the use of Co-free cathodes. This shift can lead to reduced manufacturing costs and enhance durability performance. In our previous study, the investigation compared the power generation characteristics of PCFCs with BaZr0.8Yb0.2O3-δ (BZYb) electrolytes utilizing cathodes composed of La0.6Sr0.4FeO3-δ (LSF) as a Co-free cathode material and La0.6Sr0.4CoO3-δ (LSC) or La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) as Co-containing cathode materials composited with BZYb. Consequently, the PCFC with an LSF-BZYb cathode exhibited lower performance compared to the PCFCs with LSC-BZYb and LSCF-BZYb cathodes due to the higher electrode polarization resistance. In this study, the challenges associated with achieving high-performance Co-free cathodes that can match the performance of Co-containing cathodes are presented, along with the mechanism to enhance performance. To improve performance, the use of La0.65Ca0.35FeO3-δ (LCaF), as a Co-free cathode, in addition to LSF, which has been reported to demonstrate high performance in SOFCs, was explored. Additionally, LCaF was composited with BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-δ (BCZYYb), known for its higher proton conductivity and easier sinterability than BZYb. When comparing the power generation characteristics of PCFCs with LCaF-BZYb and LSF-BZYb cathodes, the PCFC with LCaF-BZYb cathode exhibited higher ohmic and electrode polarization resistances. These results were attributed to weak adhesion between the electrolyte and cathode, resulting in lower performance than the PCFC with LSF-BZYb cathode. Furthermore, when comparing the power generation characteristic of the PCFC with a composite cathode of LCaF and BCZYYb with the LCaF-BZYb cathode, the ohmic and electrode polarization resistances were significantly lower. This improvement was attributed to the advanced sintering of BCZYYb and the connected percolation of the proton-conducting network. Consequently, the performance of the PCFC with the LCaF-BCZYYb cathode surpassed that of the LCaF-BZYb cathode and was comparable to Co-containing cathodes such as LSC-BCZYYb cathode. In conclusion, for Co-free cathodes in PCFCs, it is crucial to composite them with proton conductors possessing better sinterability, such as BCZYYb, to achieve higher performance. Acknowledgements: This work is based on the results obtained from a project (JPNP20003) commissioned by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), Japan.

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  • Investigation of La0.65Ca0.35FeO3-δ as a Co-Free Cathode for Protonic Ceramic Fuel Cells with Yb-Doped BaZrO3 Electrolyte 国際会議

    Konosuke Watanabe, Hiroyuki Shimada, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Hirofumi Sumi, Isao Kagomiya, Yasunobu Mizutani

    243rd ECS Meeting with SOFC-XVIII  2023年5月  The Electrochemical Society

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    開催年月日: 2023年5月 - 2023年6月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:Boston, MA   国名:アメリカ合衆国  

    In protonic ceramic fuel cells (PCFCs), the use of cobalt-free cathodes is expected to reduce manufacturing costs and improve durability performance. However, cobalt-free cathodes generally tend to have poor power generation performance due to their lower catalytic activity than cobalt-containing cathodes. Therefore, based on a previous study in which higher power generation performance was obtained with SOFCs using La0.65Ca0.35FeO3−δ (LCaF) than with SOFCs using La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) containing cobalt, we focused on LCaF as a cobalt-free cathode. In this study, we attempted to apply cathodes with LCaF to anode-supported PCFCs using a BaZr0.8Yb0.2O3-δ (BZYb) electrolyte in order to improve the power generation performance and durability of PCFCs. The proton-conducting oxides used for composite cathodes were investigated. BZYb, which is the same as the electrolyte, was used, but the adhesion between the electrolyte and the cathode was poor. When, BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ (BZCYYb), which has good sinterability compared with BZYb, was therefore used, reading to improvement in the adhesion. Moreover, process parameters such as composite ratio and sintering temperature were also optimized. As a result, a maximum power density of 0.4 W cm-2 at an operating temperature of 600 °C was obtained for PCFCs using a composite cathode of LCaF and BZCYYb at a weight ratio of 6:4 sintered at 1100 °C, which is equivalent to PCFCs using a cathode with LSCF. In addition, the voltage drop rate of PCFCs using a composite cathode of LCaF and BZCYYb in the constant current durability test (0.26 A cm-2) at an operating temperature of 600 °C was 4% per 1000 hours, less than 1/10 that of PCFCs using a cathode with LSCF. Based on these results, LCaF is one of the candidate materials of cobalt-free cathode for PCFCs. Acknowledgements: This work is based on the results obtained from a project (JPNP20003) commissioned by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), Japan.

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  • Visualization of oxygen bubble behavior depending on porous material in PEM water electrolysis cell 国際会議

    Konosuke WATANABE, Kohei WAKUDA, Kodai WANI, Takuto ARAKI

    International Conference on Power Engineering (ICOPE-2021)  2021年10月  The Japan Society of Mechanical Engineers

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    開催年月日: 2021年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Online   国名:日本国  

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  • Observation of Oxygen Bubble Growth Near Anode Catalyst Electrode in PEM Water Electrolyzer 国際会議

    Konosuke WATANABE, Kohei WAKUDA, Kodai WANI, Takuto ARAKI, Kensaku NAGASAWA, Shigenori MITSUSHIMA

    240th ECS Meeting  2021年10月  The Electrochemical Society

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    開催年月日: 2021年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Online   国名:アメリカ合衆国  

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  • Separation of Polarizations Using Shifted Electrode Arrangement in Proton Exchange Membrane Water Electrolysis 国際会議

    Konosuke Watanabe, Takuto Araki, Kensaku Nagasawa, Yoshiyuki Kuroda, Shigenori Mitsushima

    PRiME 2020  2020年10月  The Electrochemical Society

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    開催年月日: 2020年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Online   国名:アメリカ合衆国  

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  • The Effect of CO2 Bubble Distribution on Power Generation Performance of a Direct Formic Acid Fuel Cell 国際会議

    Konosuke Watanabe, Takuto Araki, Gen Inoue, Ryota Mochizuki, Takuya Tsujiguchi

    236th ECS Meeting  2019年10月  The Electrochemical Society

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    開催年月日: 2019年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Atlanta, GA   国名:アメリカ合衆国  

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  • HYDROGEN CONCENTRATION DISTRIBUTION VISUALIZATION OF GDL DURING PEFC START-UP 国際会議

    K. Watanabe, K. Hamada, T. Araki

    Grand Renewable Energy 2018 International Conference and Exhibition  2018年6月  The Grand Renewable Energy 2018 Organizing Committee (GRE2018)

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    開催年月日: 2018年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Yokohama   国名:日本国  

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  • Effect of Water Vapor on Electrochemical Performance in Ammonia Decomposition Reaction using a Protonic Ceramic Electrochemical Reactor

    李 建毅, Ortiz Corrales Julian Andres, 大友 志穂, 渡邊 孝之介, 大友 順一郎

    化学工学会第91年会  2026年3月  公益社団法人化学工学会

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    開催年月日: 2026年3月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:京都   国名:日本国  

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  • Investigating the role of defect transport in Protonic Ceramic Electrochemical Reactors for Ammonia Cracking

    Julian Andres Ortiz Corrales, 李 建毅, 渡邊 孝之介, 大友 順一郎

    電気化学会第93回大会  2026年3月  公益社団法人電気化学会

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    開催年月日: 2026年3月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:野田   国名:日本国  

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  • Ba5Er2Al2SnO13二層電解質を用いたプロトン伝導セラミックセルにおけるホールブロッキング効果

    渡邊 孝之介, Ortiz-Corrales Julián A., 大友 順一郎

    化学工学会第91年会  2026年3月  公益社団法人化学工学会

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    開催年月日: 2026年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:京都   国名:日本国  

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  • Ba-Co-Fe-Ni-Yペロブスカイトの酸素透過性とPCFC空気極性能に及ぼすCo/Fe固溶量の効果

    籠宮功, 加藤竜也, 渡邊孝之介, 島田寛之, 水谷安伸, 鷲見裕史

    第51回固体イオニクス討論会  2025年11月  日本固体イオニクス学会

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    開催年月日: 2025年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

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  • Integrated Ammonia Cracking and Hydrogen Purification via Protonic Ceramic Electrochemical Reactor (PCERs)

    李 建毅, Ortiz_Corrales Julian_Andres, 大友 志穂, 渡邊 孝之介, 石川 敦之, 島田 寛之, 小林 駿, 森 昌史, 大友 順一郎

    2025電気化学秋季大会  2025年9月  公益社団法人電気化学会

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    開催年月日: 2025年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:鳥取   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミックセルにおける二層電解質によるホールブロッキング効果

    渡邊 孝之介, Ortiz-Corrales Julian, 大友 順一郎

    2025電気化学秋季大会  2025年9月  公益社団法人電気化学会

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    開催年月日: 2025年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:鳥取   国名:日本国  

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  • Development of high-performance protonic ceramic cells for highly efficient applications 招待 国際会議

    H. Shimada, M. Fujioka, K. Watanabe, S. Aman, M. Momai, Y. Yamaguchi, K. Nomura, Y. Mizutani

    16th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology including Glass & Optical Materials Division Meeting (GOMD 2025)  2025年5月  The American Ceramic Society

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    開催年月日: 2025年5月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:Vancouver, BC   国名:カナダ  

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  • Oxygen permeability and PCFC cathode perfomance of Ba-Co-Fe-Y based mixed conductive perovskite oxides 招待 国際会議

    I. Kagomiya, M. Alam, T. Kato, K. Watanabe, H. Shimada, H. Sumi, Y. Mizutani

    16th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology including Glass & Optical Materials Division Meeting (GOMD 2025)  2025年5月  The American Ceramic Society

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    開催年月日: 2025年5月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:Vancouver, BC   国名:カナダ  

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  • High-performance PCFCs with dense BZYb20 electrolytes fabricated through Ba-diffusion sintering 国際会議

    A. Sharma, K. Watanabe, H. Shimada, Y. Yamaguchi, K. Nomura, Y. Mizutani, M. Momai, H. Sumi, M. Fujioka

    49th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites (ICACC2025)  2025年1月  The Engineering Ceramics Division of The American Ceramic Society

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    開催年月日: 2025年1月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Daytona Beach, FL   国名:アメリカ合衆国  

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  • 高出力密度を実現するプロトン伝導セラミック燃料電池の開発

    島田 寛之, 渡邊 孝之介, 藤岡 正弥, Sharma Aman, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 鷲見 裕史, 小林 駿, 森 昌史, 水谷 安伸

    第33回 SOFC研究発表会  2024年12月  SOFC研究会

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

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  • Ba-Co-Fe-Y系混合伝導性ペロブスカイトの酸素透過性とPCFC空気極性能

    籠宮 功, M. Saiful Alam, 加藤 竜也, 渡邊 孝之介, 島田 寛之, 鷲見 裕史, 水谷 安伸

    第33回 SOFC研究発表会  2024年12月  SOFC研究会

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池における酸素還元反応機構の解明

    鷲見 裕史, 渡邊 孝之介, Aman Sharma, 藤岡 正弥, 島田 寛之, 水谷 安伸, 籠宮 功

    第50回 固体イオニクス討論会  2024年12月  日本固体イオニクス学会

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:大阪   国名:日本国  

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  • Ba(Ce,Zr)O3系ペロブスカイト型プロトン伝導体の結晶構造、 熱膨張係数、化学膨張率、CO2耐性

    野村 勝裕, 島田 寛之, 山口 祐貴, 藤岡 正弥, 渡邊 孝之介, 鷲見 裕史, 申 ウソク, 水谷 安伸, 奥山 勇治

    第50回 固体イオニクス討論会  2024年12月  日本固体イオニクス学会

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:大阪   国名:日本国  

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  • Effect of excess Ba-diffusion from anode on sinterability of BaZr0.8Yb0.2O3-δ electrolyte 国際会議

    Aman Sharma, Konosuke Watanabe, Hiroyuki Shimada, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Mizuki Momai, Yasunobu Mizutani, Hirofumi Sumi, Masaya Fujioka

    7th Asian SOFC Symposium  2024年10月  The SOFC Society of Japan & Hokkaido Unievrsity

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    開催年月日: 2024年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Sapporo   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池におけるBaコーティングによる電解質表面改質の効果

    島田 寛之, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 藤岡 正弥, 渡邊 孝之介, Sharma Aman, 鷲見 裕史, 水谷 安伸

    日本セラミックス協会 第37回秋季シンポジウム  2024年9月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2024年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:名古屋   国名:日本国  

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  • 機械学習によるBa(Ce0.8-xZrx)(M10.2-yM2y)O3 (M1=Y,Yb, M2=Co,Ni)ペロブスカイト型プロトン伝導体の空間群予測

    野村 勝裕, 島田 寛之, 山口 祐貴, 藤岡 正弥, 渡邊 孝之介, 鷲見 裕史, 申 ウソク, 水谷 安伸, 奥山 勇治

    日本セラミックス協会 第37回秋季シンポジウム  2024年9月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2024年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:名古屋   国名:日本国  

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  • BaCoxFe1-xNi0.1Y0.1O3-dペロブスカイトにおけるCo/Fe固溶量が酸素透過性及びPCFC空気極性能に及ぼす効果

    加藤 竜也, 籠宮 功, 渡邊 孝之介, 鷲見 裕史, 島田 寛之, 水谷 安伸

    日本セラミックス協会 第37回秋季シンポジウム  2024年9月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2024年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:名古屋   国名:日本国  

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  • Effect of chemical composition of Yb-doped BaZrO3 electrolyte material on PCFC performance 国際会議

    Hiroyuki Shimada, Konosuke Watanabe, Masaya Fujioka, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Hirofumi Sumi, Yasunobu Mizutani

    7th International Workshop PROSPECTS ON PROTONIC CERAMIC CELLS (PPCC2024)  2024年6月  International Society for Protonic Ceramic Conductors

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    開催年月日: 2024年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(基調)  

    開催地:Dijon   国名:フランス共和国  

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  • Ba(Ce0.4Zr0.4)(Sc0.2-xGax)O3-δ系ペロブスカイト型酸化物の合成、結晶構造、熱膨張係数、化学膨張率、及びCO2耐性

    野村 勝裕, 島田 寛之, 山口 祐貴, 藤岡 正弥, 渡邊 孝之介, 鷲見 裕史, 申 ウソク, 水谷 安伸, 奥山 勇治

    日本セラミックス協会 2024年年会  2024年3月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2024年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:熊本   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池の劣化要因解析

    鷲見 裕史, 渡邊 孝之介, 島田 寛之, 水谷 安伸, 八代 圭司, 松田 マリック隆磨, 森 昌史

    電気化学会第91回大会  2024年3月  電気化学会

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    開催年月日: 2024年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:名古屋   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池の高出力密度化のための製造および解析技術

    島田 寛之, 渡邊 孝之介, 藤岡 正弥, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 鷲見 裕史, 水谷 安伸

    第32回 SOFC研究発表会  2023年12月  SOFC研究会

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    開催年月日: 2023年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池の耐久試験における電気化学インピーダンス解析

    渡邊 孝之介, 島田 寛之, 藤岡 正弥, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 鷲見 裕史, 籠宮 功, 松田 マリック 隆磨, 森 昌史, 水谷 安伸

    第49回 固体イオニクス討論会  2023年11月  日本固体イオニクス学会

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:札幌   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池の電子リークが過電圧に及ぼす影響

    鷲見 裕史, 島田 寛之, 渡邊 孝之介, 荒木 拓人, 奥山 勇治

    第49回 固体イオニクス討論会  2023年11月  日本固体イオニクス学会

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:北海道   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池用の二相共存型空気極の検討

    島田 寛之, 渡邊 孝之介, 藤岡 正弥, 野村 勝裕, 山口 祐貴, 鷲見 裕史, 奥山 勇治, 水谷 安伸

    第49回 固体イオニクス討論会  2023年11月  日本固体イオニクス学会

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:北海道   国名:日本国  

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  • Improvement in power density of protonic ceramic fuel cells with Yb-doped BaZrO3 electrolyte 国際会議

    Hiroyuki Shimada, Yuki Yamaguchi, Hirofumi Sumi, Katsuhiro Nomura, Masaya Fujioka, Konosuke Watanabe, Yasunobu Mizutani

    The 21st International Conference on Solid-State Protonic Conductors (SSPC-21)  2023年9月  SSPC-21 Organizing Committee

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    開催年月日: 2023年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Fukuoka   国名:日本国  

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  • Evaluation of Polarization Resistances Using Distribution of Relaxation Times Analysis for Protonic Ceramic Fuel Cells 国際会議

    Hirofumi Sumi, Hiroyuki Shimada, Konosuke Watanabe, Yuki Yamaguchi, Katsuhiro Nomura, Yasunobu Mizutani, Yuji Okuyama

    The 21st International Conference on Solid-State Protonic Conductors (SSPC-21)  2023年9月  SSPC-21 Organizing Committee

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    開催年月日: 2023年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Fukuoka   国名:日本国  

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  • 機械学習によるBa(Ce0.8-xZrx)Yb0.2O3ペロブスカイト型プロトン伝導体の空間群予測

    野村 勝裕, 島田 寛之, 山口 祐貴, 藤岡 正弥, 渡邊 孝之介, 鷲見 裕史, 申 ウソク, 水谷 安伸, 奥山 勇治

    日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム  2023年9月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2023年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:京都   国名:日本国  

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  • 易焼結性BaZr0.8Yb0.2O3-δナノ粉末を用いたプロトン伝導セラミック燃料電池の開発

    島田 寛之, 山口 祐貴, 鷲見 裕史, 野村 勝裕, 藤岡 正弥, 渡邊 孝之介, 佐藤 和好, 水谷 安伸

    日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム  2023年9月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2023年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:京都   国名:日本国  

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  • Ba(Co,Fe,Y)O3-δ系カソードを用いたプロトン伝導セラミック燃料電池の発電特性

    渡邊 孝之介, 島田 寛之, 藤岡 正弥, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 鷲見 裕史, 籠宮 功, 水谷 安伸

    日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム  2023年9月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2023年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:京都   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池におけるLa0.65Ca0.35FeO3-δを用いたCo-freeカソードのコンポジット化検討

    渡邊 孝之介, 島田 寛之, 藤岡 正弥, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 鷲見 裕史, 籠宮 功, 水谷 安伸

    第17回固体イオニクスセミナー・「蓄電固体界面科学」第5回若手勉強会  2023年8月  日本固体イオニクス学会・新学術領域「蓄電固体界面科学」

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    開催年月日: 2023年8月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:山形   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池におけるLa0.65Ca0.35FeO3-δを用いたCo-freeカソードの検討

    渡邊 孝之介, 島田 寛之, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 鷲見 裕史, 籠宮 功, 水谷 安伸

    日本セラミックス協会 2023年年会  2023年3月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:横浜   国名:日本国  

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  • 高出力密度化を目指したプロトン伝導セラミック燃料電池のセル開発状況

    島田 寛之, 山口 祐貴, 鷲見 裕史, 野村 勝裕, 渡邊 孝之介, 申 ウソク, 水谷 安伸

    第31回SOFC研究発表会  2022年12月  SOFC研究会

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    開催年月日: 2022年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池の電子リークが分極抵抗に及ぼす影響

    鷲見 裕史, 島田 寛之, 渡邊 孝之介, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 水谷 安伸, 奥山 勇治

    第48回 固体イオニクス討論会  2022年12月  日本固体イオニクス学会

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    開催年月日: 2022年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:仙台   国名:日本国  

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  • Co-freeカソード材料La0.65Ca0.35FeO3-δを用いたプロトン伝導セラミック燃料電池の発電特性

    渡邊 孝之介, 島田 寛之, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 鷲見 裕史, 籠宮 功, 水谷 安伸

    2022年度 日本セラミックス協会東海支部 学術研究発表会  2022年12月  日本セラミックス協会東海支部

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    開催年月日: 2022年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン   国名:日本国  

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  • BaZr0.8Yb0.2O3-δ電解質を用いた燃料極支持型プロトン伝導セラミック燃料電池における電解質薄膜化の効果

    島田 寛之, 山口 祐貴, 鷲見 裕史, 野村 勝裕, 渡邊 孝之介, 水谷 安伸

    日本セラミックス協会 第35回秋季シンポジウム  2022年9月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:徳島   国名:日本国  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池におけるCo-freeカソードの可能性検討

    渡邊 孝之介, 島田 寛之, 山口 祐貴, 野村 勝裕, 鷲見 裕史, 水谷 安伸

    日本セラミックス協会 第35回秋季シンポジウム  2022年9月  日本セラミックス協会

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    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:徳島   国名:日本国  

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  • Performance Analysis of Protonic Ceramic Fuel Cell Cogeneration System using Methane Fuel 国際会議

    Fumiyasu Suito, Kunpeng Li, Yohei Nagata, Takeru Murakami, Takuto Araki, Konosuke Watanabe, Hiroyuki Shimada, Yasunobu Mizutani, Masashi Mori

    17th Asian Conference on Solid State Ionics (ACSSI-2020)  2022年9月  Asian Society for Solid State Ionics

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    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Nagoya   国名:日本国  

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  • 固体高分子形水電解槽におけるアノード触媒近傍の酸素気泡可視化による溶存酸素場の検討

    和久田 康平, 渡邊 孝之介, 諏訪 秀樹, 荒木 拓人, 長澤 兼作, 光島 重信

    第26回 動力・エネルギー技術シンポジウム  2022年7月  日本機械学会 動力エネルギーシステム部門

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    開催年月日: 2022年7月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:佐賀   国名:日本国  

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  • THREE-DIMENSIONAL ELECTRIC POTENTIAL SIMULATION WITH VARIOUS ELECTRODE GEOMETRIES IN PEM WATER ELECTROLYSIS 国際会議

    Naruhisa Tsukase, Konosuke Watanabe, Takuto Araki, Taiki Ishida, Kensaku Nagasawa, Yoshiyuki Kuroda, Shigenori Mitsushima

    The 32nd International Symposium on Transport Phenomena (ISTP32)  2022年3月  Pacific Center of Thermal Fluids Engineering

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    開催年月日: 2022年3月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Online   国名:中華人民共和国  

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  • PEM水電解セルにおける電極形状の違いによる3次元電位分布変化

    塚瀬 成久, 渡邊 孝之介, 荒木 拓人, 石田 泰基, 長澤 兼作, 黒田 義之, 光島 重徳

    日本機械学会 熱工学コンファレンス2021  2021年10月  日本機械学会

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    開催年月日: 2021年10月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン   国名:日本国  

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  • PEM水電解における参照極を用いた過電圧分離に関する数値解析

    渡邊 孝之介, 井上 翔輝, 柏木 勇人, 長澤 兼作, 黒田 義之, 光島 重徳, 荒木 拓人

    第57回 日本伝熱シンポジウム  2020年6月  日本伝熱学会

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    開催年月日: 2020年6月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン   国名:日本国  

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  • 固体高分子形水電解で発生する酸素気泡の可視光カメラによる挙動観察

    中山 武志, 渡邊 孝之介, 荒木 拓人

    第24回 動力・エネルギー技術シンポジウム  2019年6月  日本機械学会 動力エネルギーシステム部門

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    開催年月日: 2019年6月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京   国名:日本国  

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  • 直接ギ酸形燃料電池における拡散電極構造とCO2気泡分布の相関

    渡邊 孝之介, 望月 亮太, 辻口 拓也, 井上 元, 荒木 拓人

    第56回 日本伝熱シンポジウム  2019年5月  日本伝熱学会

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    開催年月日: 2019年5月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:徳島   国名:日本国  

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  • Visualization and multi-physical analysis of two phase flow inside Electrochemical energy devices 国際会議

    Konosuke Watanabe

    2nd International Workshop on Phase Interfaces for Highly Efficient Energy Utilization  2018年11月 

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    開催年月日: 2018年11月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:Baltimore, MD   国名:アメリカ合衆国  

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  • 直接ギ酸形燃料電池における発生気泡のX線CT可視化

    渡邊 孝之介, 重政 海都, 望月 亮太, 辻口 拓也, 荒木 拓人

    第23回 動力・エネルギー技術シンポジウム  2018年6月  日本機械学会 動力エネルギーシステム部門

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    開催年月日: 2018年6月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:宇部   国名:日本国  

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  • A VISUALIZATION TECHNIQUE DEVELOPMENT FOR UNSTEADY HYDROGEN CONCENTRATION DISTRIBUTION IN POROUS MATERIALS 国際会議

    Konosuke WATANABE, Koshi HAMADA, Takuto ARAKI

    3rd International Workshop on Hydrogen and Fuel Cells  2017年8月 

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    開催年月日: 2017年8月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:Yokohama   国名:日本国  

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  • 多孔質における非定常水素濃度分布の可視化手法の開発

    濱田 高志, 渡邊 孝之介, 荒木 拓人

    第54回 日本伝熱シンポジウム  2017年5月  日本伝熱学会

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    開催年月日: 2017年5月

    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

    開催地:大宮   国名:日本国  

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産業財産権

  • プロトン伝導型固体酸化物形セル用の電解質及び燃料極の積層体の製造方法、並びにプロトン伝導型固体酸化物形セル用電解質及びそれを有するプロトン伝導型固体酸化物形セル

    藤岡 正弥, Sharma Aman, 島田 寛之, 水谷 安伸, 鷲見 裕史, 野村 勝裕, 山口 祐貴, 渡邊 孝之介

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    出願人:国立研究開発法人産業技術総合研究所

    出願番号:特願2024-124334  出願日:2024年7月

    公開番号:特開2026-022797  公開日:2026年2月

    出願国:国内  

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  • プロトン伝導セラミック燃料電池用空気極材、プロトン伝導セラミック燃料電池用空気極及びプロトン伝導セラミック燃料電池

    籠宮 功, 渡邊 孝之介, 島田 寛之, 水谷 安伸

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    出願人:国立研究開発法人産業技術総合研究所, 国立大学法人名古屋工業大学

    出願番号:特願2024-028409  出願日:2024年2月

    公開番号:特開2025-130979  公開日:2025年9月

    出願国:国内  

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  • プロトン伝導セラミックセル

    渡邊 孝之介, 島田 寛之, 水谷 安伸, 山口 祐貴

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    出願人:国立研究開発法人産業技術総合研究所

    出願番号:特願2022-185453  出願日:2022年11月

    公開番号:特開2024-074357  公開日:2024年5月

    出願国:国内  

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受賞

  • 日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム 優秀プレゼンテーション賞

    2023年9月   一般社団法人燃料電池開発情報センター   Ba(Co,Fe,Y)O3-δ系カソードを用いたプロトン伝導セラミック燃料電池の発電特性

    渡邊孝之介

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • ローカル水素供給を実現するアンモニア分解システムに関する国際共同研究開発

    研究課題/領域番号:JPNP14004  2024年12月 - 2027年11月

    国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)  クリーンエネルギー分野における革新的技術の国際共同研究開発事業 

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    担当区分:研究分担者 

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  • 超高効率プロトン伝導セラミック燃料電池デバイスの研究開発(WP3 セル評価・アプリケーション研究)

    研究課題/領域番号:JPNP20003  2024年6月 - 2025年3月

    国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)  燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業 

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    担当区分:研究分担者 

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  • 超高効率プロトン伝導セラミック燃料電池デバイスの研究開発(WP2 高効率・高出力密度セルの開発)

    研究課題/領域番号:JPNP20003  2022年4月 - 2024年5月

    国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)  燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業 

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    担当区分:研究分担者 

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  • 多孔質内多成分系混相流の流動様式の解明とエネルギー機器への応用

    研究課題/領域番号:19J20495  2019年4月 - 2022年3月

    日本学術振興会(JSPS)  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    渡邊 孝之介

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:3100000円 ( 直接経費:3100000円 )

    液体燃料を直接電気に変換可能な燃料電池である直接形燃料電池は,エネルギー輸送・貯蔵の観点から注目されており,また再生可能エネルギーから直接水素を製造可能な水電解装置も注目されている.
    これらのエネルギーデバイスでは,構成部材の一つである多孔質材料内部が供給された液体と発生した気体の多成分系混相流となっており,さらなる性能向上を目指すには多孔質内多成分系混相流の流動様式の解明が不可欠である.
    本研究では,三次元X線CT装置と独自開発した小型薄膜気泡センサを併用して多孔質内多成分系混相流の流動様式を解明し,多孔質材料の幾何形状などを改良することでエネルギーデバイスのさらなる性能向上を目指す.

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  • アルカリ水電解及び固体高分子形水電解の高度化

    研究課題/領域番号:JPNP14021  2019年4月 - 2022年3月

    国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)  水素利用等先導研究開発事業/水電解水素製造技術高度化のための基盤技術研究開発 

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  • モルフォロジー効果の極限解明と高効率電気化学反応界面の創成

    2017年12月 - 2019年3月

    国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)  戦略的創造研究推進事業 さきがけネットワーク 

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担当経験のある科目(授業)

  • 研究プロジェクト(融合理工学系)

    2025年10月 機関名:東京科学大学

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  • 融合理工学実験A

    2025年4月 - 2025年6月 機関名:東京科学大学

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  • 機械工学実験Ⅱ

    2020年10月 - 2021年3月 機関名:横浜国立大学

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