JP2002367635A - Ｂ−サイトに富むランタンカルシウム亜マンガン酸塩を含有する電気化学的固体デバイス - Google Patents
Ｂ−サイトに富むランタンカルシウム亜マンガン酸塩を含有する電気化学的固体デバイスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械的に安定で、優れたインターコネクトを
提供する。 【解決手段】 一般式： 【化１】 （ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ
およびＬｕからなる群より選ばれ；ＡはＳｒ，Ｂａおよ
びＹからなる群より選ばれ；ＢはＣｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，
ＭｇおよびＧａからなる群より選ばれ；ｘ＋ｘ′＋ｘ″
＝１および１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０という条件で；
０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；０≦ｘ″
≦０．５；０．５＜ｙ＜１．２および０≦ｙ′≦０．５
であり；そしてδは物質の組成物に中性の電荷を付与す
る数である。）により表わされる物質の組成物を含む、
電気的に駆動される固体電解質酸素分離デバイスのため
のインターコネクト。
提供する。 【解決手段】 一般式： 【化１】 （ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ
およびＬｕからなる群より選ばれ；ＡはＳｒ，Ｂａおよ
びＹからなる群より選ばれ；ＢはＣｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，
ＭｇおよびＧａからなる群より選ばれ；ｘ＋ｘ′＋ｘ″
＝１および１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０という条件で；
０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；０≦ｘ″
≦０．５；０．５＜ｙ＜１．２および０≦ｙ′≦０．５
であり；そしてδは物質の組成物に中性の電荷を付与す
る数である。）により表わされる物質の組成物を含む、
電気的に駆動される固体電解質酸素分離デバイスのため
のインターコネクト。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的に駆動され
る固体電解質酸素分離デバイスのためのインターコネク
ト（相互接続）（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）に関す
る。
る固体電解質酸素分離デバイスのためのインターコネク
ト（相互接続）（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ある種類の多成分金属酸化物から形成さ
れる緻密な固体電解質膜は、そのような緻密な膜を越え
て電位勾配の印加の際に高温で酸素イオンを運ぶ。これ
らのデバイスは電気的に駆動される固体電解質酸素分離
デバイスと呼ばれる。空孔により接続されない緻密な固
体電解質膜は緻密な固体電解質膜を越えて電位勾配の印
加の際に酸素イオンを運ぶ。
れる緻密な固体電解質膜は、そのような緻密な膜を越え
て電位勾配の印加の際に高温で酸素イオンを運ぶ。これ
らのデバイスは電気的に駆動される固体電解質酸素分離
デバイスと呼ばれる。空孔により接続されない緻密な固
体電解質膜は緻密な固体電解質膜を越えて電位勾配の印
加の際に酸素イオンを運ぶ。
【０００３】各電気化学的電池は酸素イオンを伝導する
多成分金属酸化物、アノードおよびカソードから形成さ
れる緻密な固体電解質膜を含む。このような電気化学的
電池の２つ以上は、電子を伝導する多成分金属酸化物か
ら形成させるインターコネクトにより直列に接続され
る。接続はすぐとなりの電気化学的電池のアノードおよ
びカソードを接続してそのようなとなりの電気化学的電
池の間の直列の電気的接続を確立する部品（ｅｌｅｍｅ
ｎｔ）をいう。
多成分金属酸化物、アノードおよびカソードから形成さ
れる緻密な固体電解質膜を含む。このような電気化学的
電池の２つ以上は、電子を伝導する多成分金属酸化物か
ら形成させるインターコネクトにより直列に接続され
る。接続はすぐとなりの電気化学的電池のアノードおよ
びカソードを接続してそのようなとなりの電気化学的電
池の間の直列の電気的接続を確立する部品（ｅｌｅｍｅ
ｎｔ）をいう。
【０００４】上述の電気化学的電池は管状、平板および
ハニカム形態で構成されうる。平板の形態は、いくつか
の理由のために好適である。なぜならそれはその固体電
解質膜を積層して含むいくつかの電気化学的電池を接続
することにより増加させうるからである。このような積
層において、緻密な固体電解質膜を含む多数の電気化学
的電池が電気的な直列に作動するように結合される（も
しくは積層される）。これによりデバイスの効率は増加
する。平板のデザインはさらに組立ての容易さおよびコ
ンパクトな大きさの点からも好適である。
ハニカム形態で構成されうる。平板の形態は、いくつか
の理由のために好適である。なぜならそれはその固体電
解質膜を積層して含むいくつかの電気化学的電池を接続
することにより増加させうるからである。このような積
層において、緻密な固体電解質膜を含む多数の電気化学
的電池が電気的な直列に作動するように結合される（も
しくは積層される）。これによりデバイスの効率は増加
する。平板のデザインはさらに組立ての容易さおよびコ
ンパクトな大きさの点からも好適である。
【０００５】積層（ｓｔａｃｋ）は支持体部分（ｓｕｐ
ｐｏｒｔ ｍｅｍｂｅｒ）ならびにアノードおよびカソ
ードのシールを含んでいてもよい。これらの電気化学的
電池はそれぞれの端板（ｅｎｄ ｐｌａｔｅｓ）上のア
ノードおよびカソード接続の間に配置され得、そして多
岐管、加熱設備等を備えるシェル内に収納されうる。
ｐｏｒｔ ｍｅｍｂｅｒ）ならびにアノードおよびカソ
ードのシールを含んでいてもよい。これらの電気化学的
電池はそれぞれの端板（ｅｎｄ ｐｌａｔｅｓ）上のア
ノードおよびカソード接続の間に配置され得、そして多
岐管、加熱設備等を備えるシェル内に収納されうる。
【０００６】代表的な構造は米国特許第５，８６８，９
１８号および第５，５７０，２７９号（両方ともＡｉｒ
Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉ
ｎｃ．に譲渡されている）、ならびに米国特許第４，８
８５，１４２；５，１８６，８０６；５，２９８，１３
８もしくはヨーロッパ特許第６８２ ３７９および９８
３ ７８６号に開示されている。
１８号および第５，５７０，２７９号（両方ともＡｉｒ
Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉ
ｎｃ．に譲渡されている）、ならびに米国特許第４，８
８５，１４２；５，１８６，８０６；５，２９８，１３
８もしくはヨーロッパ特許第６８２ ３７９および９８
３ ７８６号に開示されている。
【０００７】これらの主題のデバイスのインターコネク
トはいくつかの役割を満たす。インターコネクトは
（１）となりの電解質板のアノードおよびカソード側の
間でガス流路の分離を与える、（２）供給および生成物
ガス流が分岐されるチャンネルを与える、（３）電子伝
導体として作用し固体電気化学的電池を直列に接続す
る、（４）生成物流から供給流への酸素逆拡散を防止す
る、そして（５）多くの場合、成分の相対厚さにより、
インターコネクトは積層への付加的機械的支持を与え
る。
トはいくつかの役割を満たす。インターコネクトは
（１）となりの電解質板のアノードおよびカソード側の
間でガス流路の分離を与える、（２）供給および生成物
ガス流が分岐されるチャンネルを与える、（３）電子伝
導体として作用し固体電気化学的電池を直列に接続す
る、（４）生成物流から供給流への酸素逆拡散を防止す
る、そして（５）多くの場合、成分の相対厚さにより、
インターコネクトは積層への付加的機械的支持を与え
る。
【０００８】インターコネクトは、作動条件下で低い酸
素イオン伝導度、通常１０-2Ｓ／cmより小さい酸素イオ
ン伝導度を有する電気伝導性材料から形成される。イン
ターコネクトは作動条件下で電子を伝導し、そして作動
条件下で低い酸素イオン伝導度を有する組成物から形成
される。このようなインターコネクトは、他のデバイス
材料と十分に適合しうるものでなければならず、したが
ってインターコネクトは他の成分と悪く反応してデバイ
スの性能もしくは寿命に否定的に影響を与える生成物を
形成すべきではない。インターコネクトは他のデバイス
材料に適合する熱膨張係数を有し、そして各電気化学的
電池内での普通の圧力差に耐えるのに十分な機械的安定
性を有すべきである。インターコネクト材料は固体電解
質膜のアノードおよびカソード側で普通の条件で安定で
なければならない。インターコネクトは積層を機械的に
安定化するのに十分な強度を有すべきである。
素イオン伝導度、通常１０-2Ｓ／cmより小さい酸素イオ
ン伝導度を有する電気伝導性材料から形成される。イン
ターコネクトは作動条件下で電子を伝導し、そして作動
条件下で低い酸素イオン伝導度を有する組成物から形成
される。このようなインターコネクトは、他のデバイス
材料と十分に適合しうるものでなければならず、したが
ってインターコネクトは他の成分と悪く反応してデバイ
スの性能もしくは寿命に否定的に影響を与える生成物を
形成すべきではない。インターコネクトは他のデバイス
材料に適合する熱膨張係数を有し、そして各電気化学的
電池内での普通の圧力差に耐えるのに十分な機械的安定
性を有すべきである。インターコネクト材料は固体電解
質膜のアノードおよびカソード側で普通の条件で安定で
なければならない。インターコネクトは積層を機械的に
安定化するのに十分な強度を有すべきである。
【０００９】さらに、インターコネクト材料は、デバイ
スの組立もしくは使用に際して変形もひずみもしない物
質の組成物から形成されるべきである。上述の材料要求
が結合されると、インターコネクトを形成するための候
補材料の数は非常に制限される。
スの組立もしくは使用に際して変形もひずみもしない物
質の組成物から形成されるべきである。上述の材料要求
が結合されると、インターコネクトを形成するための候
補材料の数は非常に制限される。
【００１０】化学量論的なランタンストロンチウム亜マ
ンガン酸塩は、一般に使用されるインターコネクト組成
物を示す。米国特許第５，７５０，２７９号明細書は固
体電解質酸素ポンプのための直列平面デザインを開示す
る。この特許は、ランタンストロンチウム亜マンガン酸
塩、ランタンストロンチウム亜クロム酸塩、ランタンカ
ルシウム亜マンガン酸塩、およびランタンカルシウム亜
クロム酸塩を含むインターコネクトのための数多くの化
学量論的組成物候補を挙げる（さらに、米国特許第５，
８６８，９１８号も参照）。
ンガン酸塩は、一般に使用されるインターコネクト組成
物を示す。米国特許第５，７５０，２７９号明細書は固
体電解質酸素ポンプのための直列平面デザインを開示す
る。この特許は、ランタンストロンチウム亜マンガン酸
塩、ランタンストロンチウム亜クロム酸塩、ランタンカ
ルシウム亜マンガン酸塩、およびランタンカルシウム亜
クロム酸塩を含むインターコネクトのための数多くの化
学量論的組成物候補を挙げる（さらに、米国特許第５，
８６８，９１８号も参照）。
【００１１】化学量論的ランタンストロンチウム亜マン
ガン酸塩インターコネクトの機械的性質は必ずしも十分
に満足できるものではない。たとえば、化学量論的ＬＳ
Ｍから形成された焼成インターコネクトは適度の応力で
室温変形特性を示しうる。
ガン酸塩インターコネクトの機械的性質は必ずしも十分
に満足できるものではない。たとえば、化学量論的ＬＳ
Ｍから形成された焼成インターコネクトは適度の応力で
室温変形特性を示しうる。
【００１２】従来技術の化学量論的ＬＳＭインターコネ
クトは動的ヤング率および破壊強度について低い値を示
す。低ヤング率、低強度、およびインターコネクト変形
性に関する微小クラックもしくは他の現象の存在は装置
の長期の機械的性能を制限しうる。
クトは動的ヤング率および破壊強度について低い値を示
す。低ヤング率、低強度、およびインターコネクト変形
性に関する微小クラックもしくは他の現象の存在は装置
の長期の機械的性能を制限しうる。
【００１３】当業者は電気的に駆動される固体電解質酸
素分離デバイスに使用される、機械的に安定で、そして
電子伝導性で、経済的に実行可能なインターコネクトを
探索している。
素分離デバイスに使用される、機械的に安定で、そして
電子伝導性で、経済的に実行可能なインターコネクトを
探索している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の上述の難点を克服し、機械的に安定な、優れたイ
ンターコネクトを提供するものである。
技術の上述の難点を克服し、機械的に安定な、優れたイ
ンターコネクトを提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、一般
式：
式：
【００１６】
【化５】
【００１７】（ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ；Ａは
Ｓｒ，ＢａおよびＹからなる群より選ばれ；ＢはＣｕ，
Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔ
ａ，Ｔｉ，Ａｌ，ＭｇおよびＧａからなる群より選ば
れ；ｘ＋ｘ′＋ｘ″＝１および１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．
０という条件で；０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦
０．９；０≦ｘ″≦０．５；０．５＜ｙ＜１．２および
０≦ｙ′≦０．５であり；そしてδは物質の組成物に中
性の電荷を付与する数である。）により表わされる物質
の組成物を含む、電気的に駆動される固体電解質酸素分
離デバイスのためのインターコネクトにより達成され
る。
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ；Ａは
Ｓｒ，ＢａおよびＹからなる群より選ばれ；ＢはＣｕ，
Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔ
ａ，Ｔｉ，Ａｌ，ＭｇおよびＧａからなる群より選ば
れ；ｘ＋ｘ′＋ｘ″＝１および１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．
０という条件で；０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦
０．９；０≦ｘ″≦０．５；０．５＜ｙ＜１．２および
０≦ｙ′≦０．５であり；そしてδは物質の組成物に中
性の電荷を付与する数である。）により表わされる物質
の組成物を含む、電気的に駆動される固体電解質酸素分
離デバイスのためのインターコネクトにより達成され
る。
【００１８】本発明のもう１つの態様はこのようなイン
ターコネクトを含む電気化学的デバイスに関する。さら
に詳しくは、本発明は、１つ以上のインターコネクトに
より直列に電気的に接続される少くとも２つの電気化学
的電池を含む電気化学的固体デバイスに関し、そこでは
少くとも１つのインターコネクトは一般式：
ターコネクトを含む電気化学的デバイスに関する。さら
に詳しくは、本発明は、１つ以上のインターコネクトに
より直列に電気的に接続される少くとも２つの電気化学
的電池を含む電気化学的固体デバイスに関し、そこでは
少くとも１つのインターコネクトは一般式：
【００１９】
【化６】
【００２０】（ここでＬｎ，Ａ，Ｂ，δ，ｘ，ｘ′，
ｘ″，ｙおよびｙ′は上述のとおり）で表わされる物質
の組成物を含む。
ｘ″，ｙおよびｙ′は上述のとおり）で表わされる物質
の組成物を含む。
【００２１】
【発明の実施の形態】上述のように、本発明の第１の態
様は、一般式：
様は、一般式：
【００２２】
【化７】
【００２３】（ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ、好ま
しくはＬｎはＬａであり；ＡはＳｒ，ＢａおよびＹから
なる群より選ばれ、好ましくはＡはＳｒであり；ＢはＣ
ｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，
Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，ＭｇおよびＧａからなる群より選ば
れ、好ましくはＢはＣｏであり；ｘ＋ｘ′＋ｘ″＝１お
よび１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０という条件で；０．１≦
ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；０≦ｘ″≦０．
５；０．５＜ｙ＜１．２および０≦ｙ′≦０．５であ
り；そしてδは物質の組成物に中性の電荷を付与する数
である。）により表わされる物質の組成物を含む、電気
的に駆動される固体電解質酸素分離デバイスのためのイ
ンターコネクトに関する。
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ、好ま
しくはＬｎはＬａであり；ＡはＳｒ，ＢａおよびＹから
なる群より選ばれ、好ましくはＡはＳｒであり；ＢはＣ
ｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，
Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，ＭｇおよびＧａからなる群より選ば
れ、好ましくはＢはＣｏであり；ｘ＋ｘ′＋ｘ″＝１お
よび１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０という条件で；０．１≦
ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；０≦ｘ″≦０．
５；０．５＜ｙ＜１．２および０≦ｙ′≦０．５であ
り；そしてδは物質の組成物に中性の電荷を付与する数
である。）により表わされる物質の組成物を含む、電気
的に駆動される固体電解質酸素分離デバイスのためのイ
ンターコネクトに関する。
【００２４】「Ｂ−サイトに富む」（“Ｂ−ｓｉｔｅ
ｒｉｃｈ”）という用語は、係数ｘ，ｘ′およびｘ″の
合計が１に等しく、そして係数ｙおよびｙ′の合計が１
より大きい組成物をいう。本発明のインターコネクトに
よる組成物は１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０である特定範囲
のＢ−サイトに富む物質を利用する。
ｒｉｃｈ”）という用語は、係数ｘ，ｘ′およびｘ″の
合計が１に等しく、そして係数ｙおよびｙ′の合計が１
より大きい組成物をいう。本発明のインターコネクトに
よる組成物は１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０である特定範囲
のＢ−サイトに富む物質を利用する。
【００２５】好適にはｘおよびｘ′はそれぞれ、０．３
≦ｘ≦０．７および０．３≦ｘ′≦０．７、さらにもっ
と好ましくは０．３≦ｘ≦０．５および０．５≦ｘ≦
０．７の範囲にある。好適にはｘ″は０≦ｘ″≦０．２
の範囲にあり、さらにもっと好ましくはｘ″＝０であ
る。好適にはｙおよびｙ′はそれぞれ、０．９＜ｙ≦
１．２および０≦ｙ′≦０．１の範囲にあり、さらにも
っと好適にはｙ′＝０である。ｙおよびｙ′の合計は好
適には１．０５＞ｙ＋ｙ′＞１．０２の範囲にある。
≦ｘ≦０．７および０．３≦ｘ′≦０．７、さらにもっ
と好ましくは０．３≦ｘ≦０．５および０．５≦ｘ≦
０．７の範囲にある。好適にはｘ″は０≦ｘ″≦０．２
の範囲にあり、さらにもっと好ましくはｘ″＝０であ
る。好適にはｙおよびｙ′はそれぞれ、０．９＜ｙ≦
１．２および０≦ｙ′≦０．１の範囲にあり、さらにも
っと好適にはｙ′＝０である。ｙおよびｙ′の合計は好
適には１．０５＞ｙ＋ｙ′＞１．０２の範囲にある。
【００２６】上述の一般式におけるもっと好適な態様に
おいて、ＬｎはＬａ、ＡはＳｒ、ＢはＣｏ、ｘ＋ｘ′＋
ｘ″＝１および１．０５＞ｙ＋ｙ′≧１．０２という条
件で、０．３≦ｘ≦０．５；０．５≦ｘ′≦０．７；０
≦ｘ″≦０．２；０．９＜ｙ＜１．０５；および０≦
ｙ′≦０．１である。
おいて、ＬｎはＬａ、ＡはＳｒ、ＢはＣｏ、ｘ＋ｘ′＋
ｘ″＝１および１．０５＞ｙ＋ｙ′≧１．０２という条
件で、０．３≦ｘ≦０．５；０．５≦ｘ′≦０．７；０
≦ｘ″≦０．２；０．９＜ｙ＜１．０５；および０≦
ｙ′≦０．１である。
【００２７】もう１つの好適な態様によれば、電気的に
駆動される固体電解質酸素分離デバイスのためのインタ
ーコネクトは、一般式：
駆動される固体電解質酸素分離デバイスのためのインタ
ーコネクトは、一般式：
【００２８】
【化８】
【００２９】（ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ、好ま
しくはＬｎはＬａであり；ｘ＋ｘ′＝１という条件で；
０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；および
１．０＜ｙ≦１．２であり；そしてδは物質の組成物に
中性の電荷を付与する数である。）により表わされる物
質の組成物を含む。
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ、好ま
しくはＬｎはＬａであり；ｘ＋ｘ′＝１という条件で；
０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；および
１．０＜ｙ≦１．２であり；そしてδは物質の組成物に
中性の電荷を付与する数である。）により表わされる物
質の組成物を含む。
【００３０】本発明によるインターコネクトのために選
ばれるＢ−サイトに富むランタンカルシウム亜マンガン
酸塩（ＬＣＭ）組成物は、インターコネクト、特に平板
インターコネクト、の要求に、このようなＢ−サイトに
富むＬＣＭ組成物を特有によく適合させる多くの利点を
もたらす。特に、物質のＢ−サイトに富むＬＣＭは、従
来技術の化学量論的なランタンストロンチウム亜マンガ
ン酸塩、ランタンストロンチウム亜クロム酸塩、および
ランタンカルシウム亜クロム酸塩に比べて著しく低下し
た焼成温度を示す。この低下した焼成温度はその材料の
特有の特徴であり、単一サイクルで複合部分の焼成を可
能にする。このような比較的低い焼成温度は全積層の製
造方法の経済性に劇的に影響を及ぼし得、このようなデ
バイスの製造に関するコストを著しく低減する。本発明
のＢ−サイトに富むＬＣＭ組成物は、化学量論的なＬＳ
Ｍ組成物よりももっと好ましい熱膨張係数も示す。さら
に、本発明のＢ−サイトに富むＬＣＭ組成物は、ランタ
ン亜クロム酸塩にもとづく物質の実際的な使用に障壁を
示す揮発性の酸化クロムを含まない。
ばれるＢ−サイトに富むランタンカルシウム亜マンガン
酸塩（ＬＣＭ）組成物は、インターコネクト、特に平板
インターコネクト、の要求に、このようなＢ−サイトに
富むＬＣＭ組成物を特有によく適合させる多くの利点を
もたらす。特に、物質のＢ−サイトに富むＬＣＭは、従
来技術の化学量論的なランタンストロンチウム亜マンガ
ン酸塩、ランタンストロンチウム亜クロム酸塩、および
ランタンカルシウム亜クロム酸塩に比べて著しく低下し
た焼成温度を示す。この低下した焼成温度はその材料の
特有の特徴であり、単一サイクルで複合部分の焼成を可
能にする。このような比較的低い焼成温度は全積層の製
造方法の経済性に劇的に影響を及ぼし得、このようなデ
バイスの製造に関するコストを著しく低減する。本発明
のＢ−サイトに富むＬＣＭ組成物は、化学量論的なＬＳ
Ｍ組成物よりももっと好ましい熱膨張係数も示す。さら
に、本発明のＢ−サイトに富むＬＣＭ組成物は、ランタ
ン亜クロム酸塩にもとづく物質の実際的な使用に障壁を
示す揮発性の酸化クロムを含まない。
【００３１】さらに、本発明の組成物は化学量論的ラン
タンストロンチウム亜マンガン酸塩（ＬＳＭ）に比べて
劇的に改良された機械的特性を示し、強度およびヤング
率の予期しない３倍の改良、ならびに同様に処理された
ＬＳＭにより示される塑性変形挙動の不存在を含む。本
発明組成物の一貫した優れた機械的特性は積層製造を容
易にし、そして長期性能および安定性を向上する。最終
的に、本発明のインターコネクトに使用されるＬＣＭ組
成物は、アノードおよびカソード側の両方での酸素含有
酸化性環境における改良された安定性、適切な電子伝導
性、十分に低いイオン伝導性、ならびに他の積層組成物
との材料適合性を示す。したがって、本発明のインター
コネクトのこのような組成物は商業的規模での製造に良
く適合する。
タンストロンチウム亜マンガン酸塩（ＬＳＭ）に比べて
劇的に改良された機械的特性を示し、強度およびヤング
率の予期しない３倍の改良、ならびに同様に処理された
ＬＳＭにより示される塑性変形挙動の不存在を含む。本
発明組成物の一貫した優れた機械的特性は積層製造を容
易にし、そして長期性能および安定性を向上する。最終
的に、本発明のインターコネクトに使用されるＬＣＭ組
成物は、アノードおよびカソード側の両方での酸素含有
酸化性環境における改良された安定性、適切な電子伝導
性、十分に低いイオン伝導性、ならびに他の積層組成物
との材料適合性を示す。したがって、本発明のインター
コネクトのこのような組成物は商業的規模での製造に良
く適合する。
【００３２】本発明の組成物は一般にペロブスカイト、
そして好ましくは上述のランタニドおよびＡ−サイトに
あるカルシウムおよびＢ−サイトにあるマンガンを有す
るペロブスカイト構造を有する。
そして好ましくは上述のランタニドおよびＡ−サイトに
あるカルシウムおよびＢ−サイトにあるマンガンを有す
るペロブスカイト構造を有する。
【００３３】ペロブスカイト構造は小さな径の金属イオ
ン八面体の３次元立方配列を有する真のペロブスカイ
ト、ならびにペロブスカイト様層、すなわち２次元正方
形配列に配置される小さい径の金属イオン八面体の２次
元配列を組入れる構造を含む。これらのペロブスカイト
様配列はもっと大きい径の金属イオンもしくは他の帯電
層により電荷を安定化される。ペロブスカイト構造の例
は立方晶ペロブスカイト、ブラウンミレライト（ｂｒｏ
ｗｎｍｉｌｌｅｒｉｔｅｓ）、オーリビリウス（Ａｕｒ
ｉｖｉｌｌｉｕｓ）相等を含む。
ン八面体の３次元立方配列を有する真のペロブスカイ
ト、ならびにペロブスカイト様層、すなわち２次元正方
形配列に配置される小さい径の金属イオン八面体の２次
元配列を組入れる構造を含む。これらのペロブスカイト
様配列はもっと大きい径の金属イオンもしくは他の帯電
層により電荷を安定化される。ペロブスカイト構造の例
は立方晶ペロブスカイト、ブラウンミレライト（ｂｒｏ
ｗｎｍｉｌｌｅｒｉｔｅｓ）、オーリビリウス（Ａｕｒ
ｉｖｉｌｌｉｕｓ）相等を含む。
【００３４】インターコネクトはこの分野で知られる従
来のセラミック技術により作製されうる。焼成温度およ
び方法は、焼成されたインターコネクトが多孔により接
続されない、すなわちガスの拡散をさせない細孔ネット
ワークを有しない、ように選ばれるべきである。インタ
ーコネクトは理論密度の９５％を超える、好ましくは理
論密度の約９７％、そしてもっと好ましくは理論密度の
約９９％の、最終密度を有するべきである。本発明のイ
ンターコネクトの焼成温度は通常１３５０℃未満、好ま
しくは１３００℃未満である。
来のセラミック技術により作製されうる。焼成温度およ
び方法は、焼成されたインターコネクトが多孔により接
続されない、すなわちガスの拡散をさせない細孔ネット
ワークを有しない、ように選ばれるべきである。インタ
ーコネクトは理論密度の９５％を超える、好ましくは理
論密度の約９７％、そしてもっと好ましくは理論密度の
約９９％の、最終密度を有するべきである。本発明のイ
ンターコネクトの焼成温度は通常１３５０℃未満、好ま
しくは１３００℃未満である。
【００３５】本発明のインターコネクトは積重ねて焼
成、つり下げて焼成、または物質の組成物の相互作用を
最小にする、もしくは取付け具（ｓｅｔｔｅｒ）でイン
ターコネクトする、いかなる他の手段をも用いることに
より焼成されうる。この分野で知られるいかなる適切な
取付け具も使用されうる。いかなる場合においても、取
付け具とインターコネクトとの間の粘着を防止するのが
好ましい。さらに、インターコネクトもしくはその表面
のそり（ｗａｒｐｉｎｇ）もしくは一般に変形をもたら
す、インターコネクトと取付け具との間のいかなる反応
も回避されるべきである。好適には焼成条件および相互
作用がないことはインターコネクト製造において取付け
具の再使用を可能にする。
成、つり下げて焼成、または物質の組成物の相互作用を
最小にする、もしくは取付け具（ｓｅｔｔｅｒ）でイン
ターコネクトする、いかなる他の手段をも用いることに
より焼成されうる。この分野で知られるいかなる適切な
取付け具も使用されうる。いかなる場合においても、取
付け具とインターコネクトとの間の粘着を防止するのが
好ましい。さらに、インターコネクトもしくはその表面
のそり（ｗａｒｐｉｎｇ）もしくは一般に変形をもたら
す、インターコネクトと取付け具との間のいかなる反応
も回避されるべきである。好適には焼成条件および相互
作用がないことはインターコネクト製造において取付け
具の再使用を可能にする。
【００３６】本発明のインターコネクトは、上述のよう
に電気化学的デバイスにおいて使用される。したがっ
て、本発明は、第２の態様において、電解質による酸素
イオンの電気的に駆動される輸送のための電気化学的固
体デバイスに関し、該デバイスは直列に電気的に接続さ
れる少くとも２つの電気化学的電池を含み、そこでは少
くとも１つのインターコネクトは、一般式：
に電気化学的デバイスにおいて使用される。したがっ
て、本発明は、第２の態様において、電解質による酸素
イオンの電気的に駆動される輸送のための電気化学的固
体デバイスに関し、該デバイスは直列に電気的に接続さ
れる少くとも２つの電気化学的電池を含み、そこでは少
くとも１つのインターコネクトは、一般式：
【００３７】
【化９】
【００３８】（ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ、好ま
しくはＬｎはＬａであり；ＡはＳｒ，ＢａおよびＹから
なる群より選ばれ、好ましくはＡはＳｒであり；ＢはＣ
ｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，
Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，ＭｇおよびＧａからなる群より選ば
れ、好ましくはＢはＣｏであり；ｘ＋ｘ′＋ｘ″＝１お
よび１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０という条件で；０．１≦
ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；０≦ｘ″≦０．
５；０．５＜ｙ＜１．２および０≦ｙ′≦０．５であ
り；そしてδは物質の組成物に中性の電荷を付与する数
である。）により表わされる物質の組成物を含む。
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ、好ま
しくはＬｎはＬａであり；ＡはＳｒ，ＢａおよびＹから
なる群より選ばれ、好ましくはＡはＳｒであり；ＢはＣ
ｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，
Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，ＭｇおよびＧａからなる群より選ば
れ、好ましくはＢはＣｏであり；ｘ＋ｘ′＋ｘ″＝１お
よび１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０という条件で；０．１≦
ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；０≦ｘ″≦０．
５；０．５＜ｙ＜１．２および０≦ｙ′≦０．５であ
り；そしてδは物質の組成物に中性の電荷を付与する数
である。）により表わされる物質の組成物を含む。
【００３９】好適な態様において、ＬｎはＬａ、ＡはＳ
ｒ、ＢはＣｏ、ｘ＋ｘ′＋ｘ″＝１および１．０５＞ｙ
＋ｙ′≧１．０２という条件で、０．３≦ｘ≦０．５；
０．５≦ｘ′≦０．７；０≦ｘ″≦０．２；０．９＜ｙ
＜１．２；および０≦ｙ′≦０．１である。
ｒ、ＢはＣｏ、ｘ＋ｘ′＋ｘ″＝１および１．０５＞ｙ
＋ｙ′≧１．０２という条件で、０．３≦ｘ≦０．５；
０．５≦ｘ′≦０．７；０≦ｘ″≦０．２；０．９＜ｙ
＜１．２；および０≦ｙ′≦０．１である。
【００４０】もう１つの好適な態様によれば、電解質に
よる酸素イオンの電気的に駆動される輸送のための電気
化学的固体デバイス用の上述のインターコネクトは、一
般式：
よる酸素イオンの電気的に駆動される輸送のための電気
化学的固体デバイス用の上述のインターコネクトは、一
般式：
【００４１】
【化１０】
【００４２】（ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ、好ま
しくはＬｎはＬａであり；ｘ＋ｘ′＝１という条件で；
０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；および
１．０＜ｙ≦１．２であり；そしてδは物質の組成物に
中性の電荷を付与する数である。）により表わされる物
質の組成物を含みうる。
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれ、好ま
しくはＬｎはＬａであり；ｘ＋ｘ′＝１という条件で；
０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；および
１．０＜ｙ≦１．２であり；そしてδは物質の組成物に
中性の電荷を付与する数である。）により表わされる物
質の組成物を含みうる。
【００４３】酸素分離のための上述の固体デバイスは、
イオン伝導性の電解質物質を使用する電気的に駆動され
るデバイスであるのが好適である。もっと好適には、イ
ンターコネクトは固体電解質酸素分離デバイスの積層形
成部分に使用される。典型的な例は、Ａｉｒ Ｐｒｏｄ
ｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．に譲
渡されている米国特許第５，８６８，９１８号明細書に
開示されており、引用によりここに組入れられる。この
文献は平面もしくは平板デザインの積層を開示し、繰返
し単位を規定する、交互の電解質板および電気伝導性イ
ンターコネクトを用い、それは電気的に直列に作動し、
そして互いに供給および生成物流を分離する。インター
コネクトおよび固体電解質の対応する積層配置は参照の
ために添付の図１に示される（一定の比ではない）。
イオン伝導性の電解質物質を使用する電気的に駆動され
るデバイスであるのが好適である。もっと好適には、イ
ンターコネクトは固体電解質酸素分離デバイスの積層形
成部分に使用される。典型的な例は、Ａｉｒ Ｐｒｏｄ
ｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．に譲
渡されている米国特許第５，８６８，９１８号明細書に
開示されており、引用によりここに組入れられる。この
文献は平面もしくは平板デザインの積層を開示し、繰返
し単位を規定する、交互の電解質板および電気伝導性イ
ンターコネクトを用い、それは電気的に直列に作動し、
そして互いに供給および生成物流を分離する。インター
コネクトおよび固体電解質の対応する積層配置は参照の
ために添付の図１に示される（一定の比ではない）。
【００４４】この態様において、電解質は平面であり、
そして軸方向に積層されている。中央の開口部から放射
方向の各板の積層形状は種々の形状に形成され得、具体
的な用途による要求されるとおり、円形、正方形、四角
形もしくはいかなる他の平面形状をも含む。好適な電解
質板およびインターコネクトは図１に示されるように丸
い隅を有する正方形であるのが通常である。この図は一
定の比になっていないが、固体電解質板５はインターコ
ネクト７に比べて比較的薄い（約２５０μｍ）のをみる
ことができ、インターコネクト７は固体電解質の厚さの
約１０倍の厚さ、すなわち約２５００μｍであるのが通
常である。
そして軸方向に積層されている。中央の開口部から放射
方向の各板の積層形状は種々の形状に形成され得、具体
的な用途による要求されるとおり、円形、正方形、四角
形もしくはいかなる他の平面形状をも含む。好適な電解
質板およびインターコネクトは図１に示されるように丸
い隅を有する正方形であるのが通常である。この図は一
定の比になっていないが、固体電解質板５はインターコ
ネクト７に比べて比較的薄い（約２５０μｍ）のをみる
ことができ、インターコネクト７は固体電解質の厚さの
約１０倍の厚さ、すなわち約２５００μｍであるのが通
常である。
【００４５】電解質積層の全体の組立ておよび作動は図
１の略等尺図により例示される。積層は、一連の交互の
電解板５（適切なアノードおよびカソード（図示せず）
を有する）、インターコネクト７ならび絶縁支持体材料
９により形成され、負の端末板１１および正の端末板１
３を有する。正および負の電気的接続は積層に直流を付
与し、電池あたり約５０〜７００mVで作動する。
１の略等尺図により例示される。積層は、一連の交互の
電解板５（適切なアノードおよびカソード（図示せず）
を有する）、インターコネクト７ならび絶縁支持体材料
９により形成され、負の端末板１１および正の端末板１
３を有する。正および負の電気的接続は積層に直流を付
与し、電池あたり約５０〜７００mVで作動する。
【００４６】示されるように積層の片側への酸素含有供
給ガス流は向流態様で電池のカソード側を通って流れ、
そして酸素低減ガスは積層の反対側に存在する。積層の
反対側の絶縁支持体９は、適切な障壁および通路を形成
して向流態様にガスを向ける。積層を通る部分は中央開
口部１９の方へインターコネクトのアノード側を越えて
酸素生成物ガスの放射状流れを示す。電解質板およびイ
ンターコネクトを通る中間開口部はカソードシールとと
もに、各電池のアノード側とガス流を通じている中央導
管を形成する。その中央導管は、耐ガス構造のシール
（図示せず）で底部もしくは正の端末板１３に接続され
る酸素取出し管１で接続する。あるいは、酸素取出し管
（図示せず）は負の端末板１１で接続されうる。所望な
らば、酸素生成物は積層の両端から取出されうる（図示
せず）。
給ガス流は向流態様で電池のカソード側を通って流れ、
そして酸素低減ガスは積層の反対側に存在する。積層の
反対側の絶縁支持体９は、適切な障壁および通路を形成
して向流態様にガスを向ける。積層を通る部分は中央開
口部１９の方へインターコネクトのアノード側を越えて
酸素生成物ガスの放射状流れを示す。電解質板およびイ
ンターコネクトを通る中間開口部はカソードシールとと
もに、各電池のアノード側とガス流を通じている中央導
管を形成する。その中央導管は、耐ガス構造のシール
（図示せず）で底部もしくは正の端末板１３に接続され
る酸素取出し管１で接続する。あるいは、酸素取出し管
（図示せず）は負の端末板１１で接続されうる。所望な
らば、酸素生成物は積層の両端から取出されうる（図示
せず）。
【００４７】上述の電気化学的電池積層および固体デバ
イスは上述のようなイオン伝導性セラミックの分野で知
られている方法で作製されうる。本発明のインターコネ
クトのほかに、デバイスはこの分野で公知で、固体電解
質／膜、電極、およびシールとして通常使用されている
いかなる材料からも製造されうる。
イスは上述のようなイオン伝導性セラミックの分野で知
られている方法で作製されうる。本発明のインターコネ
クトのほかに、デバイスはこの分野で公知で、固体電解
質／膜、電極、およびシールとして通常使用されている
いかなる材料からも製造されうる。
【００４８】本発明の固体デバイスのもう１つの好適な
態様は、図２に例示されるが、それは一般に酸素ポンプ
の平板デザインに関する米国特許第５，５７０，２７９
号明細書の開示にもとづく。図２に示されるように、こ
のデバイスは本発明の電気的に伝導性のインターコネク
ト２１６により一緒に結合された多数の電気化学的電池
２１２，２１４を含む。類似のインターコネクトは次に
続く電池に示される電池を結合するために、または端末
キャップ（ｅｎｄ ｃａｐ）（図示せず）によりデバイ
スの端末を形成するのに同様に用いられる。
態様は、図２に例示されるが、それは一般に酸素ポンプ
の平板デザインに関する米国特許第５，５７０，２７９
号明細書の開示にもとづく。図２に示されるように、こ
のデバイスは本発明の電気的に伝導性のインターコネク
ト２１６により一緒に結合された多数の電気化学的電池
２１２，２１４を含む。類似のインターコネクトは次に
続く電池に示される電池を結合するために、または端末
キャップ（ｅｎｄ ｃａｐ）（図示せず）によりデバイ
スの端末を形成するのに同様に用いられる。
【００４９】電解質電池は第１および第２表面を有する
固体電解質２１８，２２０からなり、該電解質は厚さ約
５μｍ〜１mmである。膜はこの分野で公知のいかなる適
切な材料からも形成されうる。
固体電解質２１８，２２０からなり、該電解質は厚さ約
５μｍ〜１mmである。膜はこの分野で公知のいかなる適
切な材料からも形成されうる。
【００５０】アノード層２２６，２２８は、電池の電解
質の第１表面上に形成され、そしてカソード層２３２は
電池の電解質の第２表面上に形成される。アノード層お
よびカソード層は、耐酸化性材料、合金もしくはこの分
野で知られている多成分混合伝導性酸化物から形成され
うる。両方の層はそれぞれの表面に被覆の形態で独立し
て付着されるのが通常であり、そしてたとえば、スクリ
ーン印刷、スパッタリング、塗布等により付着されたペ
ーストの焼成により結合されうる。電極の厚さは０．１
〜１００μｍの範囲にあるのが通常である。
質の第１表面上に形成され、そしてカソード層２３２は
電池の電解質の第２表面上に形成される。アノード層お
よびカソード層は、耐酸化性材料、合金もしくはこの分
野で知られている多成分混合伝導性酸化物から形成され
うる。両方の層はそれぞれの表面に被覆の形態で独立し
て付着されるのが通常であり、そしてたとえば、スクリ
ーン印刷、スパッタリング、塗布等により付着されたペ
ーストの焼成により結合されうる。電極の厚さは０．１
〜１００μｍの範囲にあるのが通常である。
【００５１】図２に例示されるように、インターコネク
ト２１６の第１の表面は電池２１２のアノード層２２６
のとなりである。銀もしくは銀合金のような導電性材料
２４０，２４１、またはアノード層もしくはインターコ
ネクトの材料は、アノード２２６およびインターコネク
ト２１６、ならびにアノード層２２８およびインターコ
ネクト２１７の間に任意に形成されうる。同様に、イン
ターコネクト２１６の第２の表面（図示せず）は電池２
１４のカソード層２３２のとなりであり、そして導電性
材料２４２はインターコネクト２１６およびカソード層
２３２の間に任意に形成されうる。導電性材料２４０，
２４２はアノード層２２６からインターコネクト２１６
に、そしてインターコネクト２１６からカソード層２３
２に電子を向けるのに役立つ。
ト２１６の第１の表面は電池２１２のアノード層２２６
のとなりである。銀もしくは銀合金のような導電性材料
２４０，２４１、またはアノード層もしくはインターコ
ネクトの材料は、アノード２２６およびインターコネク
ト２１６、ならびにアノード層２２８およびインターコ
ネクト２１７の間に任意に形成されうる。同様に、イン
ターコネクト２１６の第２の表面（図示せず）は電池２
１４のカソード層２３２のとなりであり、そして導電性
材料２４２はインターコネクト２１６およびカソード層
２３２の間に任意に形成されうる。導電性材料２４０，
２４２はアノード層２２６からインターコネクト２１６
に、そしてインターコネクト２１６からカソード層２３
２に電子を向けるのに役立つ。
【００５２】電池２１２，２１４およびインターコネク
ト２１６の間で耐ガス構造シールを実施するために、シ
ーラントの形態のシーリング手段はその間に配置され
る。すなわち、失透ガラスのような適した組成物または
Ａｇ／Ｐｄのような適した耐酸化性金属の真ちゅう合金
のシーラント２４８はインターコネクト２１６および電
解質２２０の第２表面の２つの反対端の間に形成され
る。類似のシーラント２４９，２５０は隣りあう電解質
２１８，２２０の第１表面の反対端およびインターコネ
クト２１６，２１７の間に配置される。好適な態様にお
いて、インターコネクト２１６の第２表面上のシーラン
ト２４８はインターコネクト２１６の電子の通路から離
れるように位置される。同様に、インターコネクト２１
７の第１表面上のシーラント２５０も離される。
ト２１６の間で耐ガス構造シールを実施するために、シ
ーラントの形態のシーリング手段はその間に配置され
る。すなわち、失透ガラスのような適した組成物または
Ａｇ／Ｐｄのような適した耐酸化性金属の真ちゅう合金
のシーラント２４８はインターコネクト２１６および電
解質２２０の第２表面の２つの反対端の間に形成され
る。類似のシーラント２４９，２５０は隣りあう電解質
２１８，２２０の第１表面の反対端およびインターコネ
クト２１６，２１７の間に配置される。好適な態様にお
いて、インターコネクト２１６の第２表面上のシーラン
ト２４８はインターコネクト２１６の電子の通路から離
れるように位置される。同様に、インターコネクト２１
７の第１表面上のシーラント２５０も離される。
【００５３】ガスの通路は断面が長方形、台形、半円形
等のような幅広い形状でインターコネクト内に作製され
うる。通路の深さおよび間隔は広く変動され得、そして
最適のデザインは過度の実験なしに所定の用途について
評価されうる。たとえば、通路の深さは、電解質を通っ
て送られる成分ガスの電極表面への拡散フラックスを増
大させるために電極層・表面を横切る距離とともに低減
しうる。
等のような幅広い形状でインターコネクト内に作製され
うる。通路の深さおよび間隔は広く変動され得、そして
最適のデザインは過度の実験なしに所定の用途について
評価されうる。たとえば、通路の深さは、電解質を通っ
て送られる成分ガスの電極表面への拡散フラックスを増
大させるために電極層・表面を横切る距離とともに低減
しうる。
【００５４】さらに、本発明は次の例により説明される
が、それらは専ら例示のために与えられるのであり、本
発明の範囲を限定しようとするものではない。 例１ Ａ−サイトでストロンチウムでカルシウムを置換する効
果 表１に示される組成物が、ストロンチウムにより、ラン
タンカルシウム亜マンガン酸塩におけるカルシウムを置
換する効果を証明するために下記のように調製された。
組成物は下記のように対応する酸化物および炭酸塩から
調製された：Ｌａ2 Ｏ3 （ＰＩＤＣ ９９．９９９
％）、ＳｒＣＯ3 （Ｓｏｌｖａｙ ＳＬ３００）、Ｃａ
ＣＯ3 （ＧＥ １１１−０３０−０２６）、Ｍｎ3 Ｏ4
（Ｃｈｅｍｅｔａｌｓ ＰＦ）およびＣｏ3 Ｏ4 （ＯＭ
Ｇ／ＡＰＥＸ ＬＳ）。それぞれの酸化物および炭酸塩
はそれぞれの量で混合され、所望の全組成およびカチオ
ン部分を得た。
が、それらは専ら例示のために与えられるのであり、本
発明の範囲を限定しようとするものではない。 例１ Ａ−サイトでストロンチウムでカルシウムを置換する効
果 表１に示される組成物が、ストロンチウムにより、ラン
タンカルシウム亜マンガン酸塩におけるカルシウムを置
換する効果を証明するために下記のように調製された。
組成物は下記のように対応する酸化物および炭酸塩から
調製された：Ｌａ2 Ｏ3 （ＰＩＤＣ ９９．９９９
％）、ＳｒＣＯ3 （Ｓｏｌｖａｙ ＳＬ３００）、Ｃａ
ＣＯ3 （ＧＥ １１１−０３０−０２６）、Ｍｎ3 Ｏ4
（Ｃｈｅｍｅｔａｌｓ ＰＦ）およびＣｏ3 Ｏ4 （ＯＭ
Ｇ／ＡＰＥＸ ＬＳ）。それぞれの酸化物および炭酸塩
はそれぞれの量で混合され、所望の全組成およびカチオ
ン部分を得た。
【００５５】粉末の充填量１００ｇが、高純度Ｙ−ＴＺ
Ｐボールを用いて、充填量に対する媒体比３．５で２４
時間、１２５mLポリエチレンびん（ｊａｒ）中で振動粉
砕された。無水メタノール４０ｇが各配合に用いられ
た。乾燥された粉末は−８０メッシュにふるい分けさ
れ、高純度（９９．８％）アルミナ板上で１１５０℃で
１０時間（１００℃／時間の勾配の昇温および降温）、
仮焼された。仮焼粉末は軽く焼成された。仮焼粉末は上
述のと同一のびんおよび媒体を用いてさらに７２時間、
振動粉砕された。各容器にはメタノール３５ｇが添加さ
れた。少量のスラリー試料（〜１０ｇ）が各びんから抜
出され、表面積および他の特性の測定に供された。残り
のスラリーは〜３wt％ＸＵＳバインダーでなめらかにさ
れ、もとの容器中のスラリーを３０分間揺動してメタノ
ール１０〜２０ｇが添加された。ついで粉末は撹拌乾燥
され−６０メッシュにふるい分けされた。乾燥粉末は約
１００MPa （０．２４インチ×２．４インチにわたり４
トン）で一軸方向に押圧された。
Ｐボールを用いて、充填量に対する媒体比３．５で２４
時間、１２５mLポリエチレンびん（ｊａｒ）中で振動粉
砕された。無水メタノール４０ｇが各配合に用いられ
た。乾燥された粉末は−８０メッシュにふるい分けさ
れ、高純度（９９．８％）アルミナ板上で１１５０℃で
１０時間（１００℃／時間の勾配の昇温および降温）、
仮焼された。仮焼粉末は軽く焼成された。仮焼粉末は上
述のと同一のびんおよび媒体を用いてさらに７２時間、
振動粉砕された。各容器にはメタノール３５ｇが添加さ
れた。少量のスラリー試料（〜１０ｇ）が各びんから抜
出され、表面積および他の特性の測定に供された。残り
のスラリーは〜３wt％ＸＵＳバインダーでなめらかにさ
れ、もとの容器中のスラリーを３０分間揺動してメタノ
ール１０〜２０ｇが添加された。ついで粉末は撹拌乾燥
され−６０メッシュにふるい分けされた。乾燥粉末は約
１００MPa （０．２４インチ×２．４インチにわたり４
トン）で一軸方向に押圧された。
【００５６】生の棒はそれぞれ２片に折れ、そして各組
成物を示す片は次のスケジュールを用いて１つの取付け
具上で焼成された：２６℃／時間（１８時間の勾配）で
２０→５００℃；５００→１００℃／時間でＴpeak；Ｔ
peakで４時間保持；Ｔpeak→３００℃／時間で９００
℃、炉を停止；ここでＴpeakは所定の焼成作業に対して
選ばれる最高温度を示す。焼成作業はそれぞれ最高温度
Ｔpeak＝１１００，１１５０，１２００，１２５０，１
３００，１３５０および１４００℃を用いて実施され
た。
成物を示す片は次のスケジュールを用いて１つの取付け
具上で焼成された：２６℃／時間（１８時間の勾配）で
２０→５００℃；５００→１００℃／時間でＴpeak；Ｔ
peakで４時間保持；Ｔpeak→３００℃／時間で９００
℃、炉を停止；ここでＴpeakは所定の焼成作業に対して
選ばれる最高温度を示す。焼成作業はそれぞれ最高温度
Ｔpeak＝１１００，１１５０，１２００，１２５０，１
３００，１３５０および１４００℃を用いて実施され
た。
【００５７】密度および開放気孔率は水中でアルキメデ
ス（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ）法を用いて、真空法により
誘起された沸騰により、測定された。理論密度は直交し
てひずんだペロブスカイト構造を示す実験的Ｘ線回折パ
ターンに最も適合させて計算された。密度は理論値の％
として算出された。「生の」（“ｇｒｅｅｎ”）は押圧
後ではあるが焼成がおこなわれる前の試料をいう。
ス（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ）法を用いて、真空法により
誘起された沸騰により、測定された。理論密度は直交し
てひずんだペロブスカイト構造を示す実験的Ｘ線回折パ
ターンに最も適合させて計算された。密度は理論値の％
として算出された。「生の」（“ｇｒｅｅｎ”）は押圧
後ではあるが焼成がおこなわれる前の試料をいう。
【００５８】表１における各組成はランタン／アルカリ
土類比４：６で配合された。表１の各組成はＢサイトに
２％富むように配合された。
土類比４：６で配合された。表１の各組成はＢサイトに
２％富むように配合された。
【００５９】
【表１】
【００６０】図３は表１に示される組成物についての理
論密度の比（ｆｒａｃｔｉｏｎ）としての密度を示す。
論密度の比（ｆｒａｃｔｉｏｎ）としての密度を示す。
【００６１】密度は最も低く可能な焼成温度で理論値の
１００％に近づくのがインターコネクトにとって望まし
い。図３に示されるように、試料Ａ（純ＬＣＭ組成物）
およびＣ（Ｃａ ５％をＳｒで置換されたＬＣＭ）が最
低温度で最高密度を達成した。緻密化により、次のもっ
とも焼成しうる試料はＤ（Ｃａ ２５％をＳｒによって
置換されたＬＣＭ）、ついで順に、試料Ｅ（Ｃａ ５０
％をＳｒにより置換されたＬＣＭ）、Ｆ（Ｃａ ７５％
をＳｒにより置換されたＬＣＭ）およびＧ（ＬＳＭ）で
あった。したがって、ＬＣＭにもとづく組成物の焼成特
性はＣａがＳｒで多く置換されればされるほど、不十分
になり、Ｃａが完全にＳｒで置換された組成物により最
も悪い焼成特性が示された。
１００％に近づくのがインターコネクトにとって望まし
い。図３に示されるように、試料Ａ（純ＬＣＭ組成物）
およびＣ（Ｃａ ５％をＳｒで置換されたＬＣＭ）が最
低温度で最高密度を達成した。緻密化により、次のもっ
とも焼成しうる試料はＤ（Ｃａ ２５％をＳｒによって
置換されたＬＣＭ）、ついで順に、試料Ｅ（Ｃａ ５０
％をＳｒにより置換されたＬＣＭ）、Ｆ（Ｃａ ７５％
をＳｒにより置換されたＬＣＭ）およびＧ（ＬＳＭ）で
あった。したがって、ＬＣＭにもとづく組成物の焼成特
性はＣａがＳｒで多く置換されればされるほど、不十分
になり、Ｃａが完全にＳｒで置換された組成物により最
も悪い焼成特性が示された。
【００６２】図３におけるデータから、ＬＣＭは少くと
も１００℃の焼成の利点を付与し、ＬＣＭが類似のＬＳ
Ｍ組成物よりも少くとも１００℃低い温度で同等の程度
に焼成することを意味する。本発明のＬＣＭにもとづく
物質の改良された焼成性はインターコネクト製造におけ
る例外的な改良を付与する。特に、低下された焼成温度
は、取付け具（一部が焼成の間、その上に置かれる材
料）との反応により所望の形状とは逆の結果が生じるこ
となく、これらの物質が焼成されるのを可能とする。こ
れは、付加的な下流処理もしくは所望の程度の平たさを
得るための研削、を必要としないで単１の焼成段階でイ
ンターコネクトが処理されるのを可能にする。さらなる
有意の利点は、そのような低下された温度は揮発性混入
物ならびに炉および取付け具のような焼成設備による応
力を低減させることである。 例２ Ｂ−サイトに対するＡ−サイトカチオン比の影響 表２に示される組成物は全体のＡ：Ｂサイトカチオンモ
ル比の影響を証明するために調製された。組成物は例１
に記載されたのとまさに同一の方法で調製された。表２
における各組成物は純ＬＣＭ組成物（すなわちＡ−サイ
トにＳｒが存在しなかった）として配合された。各試料
はランタン／カルシウム比４：６を用いた。
も１００℃の焼成の利点を付与し、ＬＣＭが類似のＬＳ
Ｍ組成物よりも少くとも１００℃低い温度で同等の程度
に焼成することを意味する。本発明のＬＣＭにもとづく
物質の改良された焼成性はインターコネクト製造におけ
る例外的な改良を付与する。特に、低下された焼成温度
は、取付け具（一部が焼成の間、その上に置かれる材
料）との反応により所望の形状とは逆の結果が生じるこ
となく、これらの物質が焼成されるのを可能とする。こ
れは、付加的な下流処理もしくは所望の程度の平たさを
得るための研削、を必要としないで単１の焼成段階でイ
ンターコネクトが処理されるのを可能にする。さらなる
有意の利点は、そのような低下された温度は揮発性混入
物ならびに炉および取付け具のような焼成設備による応
力を低減させることである。 例２ Ｂ−サイトに対するＡ−サイトカチオン比の影響 表２に示される組成物は全体のＡ：Ｂサイトカチオンモ
ル比の影響を証明するために調製された。組成物は例１
に記載されたのとまさに同一の方法で調製された。表２
における各組成物は純ＬＣＭ組成物（すなわちＡ−サイ
トにＳｒが存在しなかった）として配合された。各試料
はランタン／カルシウム比４：６を用いた。
【００６３】
【表２】
【００６４】図４は表２に示される組成物の理論強度の
比として密度を示す。密度も最も低く可能な焼成温度で
理論値の１００％に近づくのがインターコネクトにとっ
て望ましい。図４に示されるように、試料Ａ，Ｏ，Ｑ，
ＵおよびＶは最低温度で最高の密度を達成したが、試料
ＳおよびＴはそれぞれ理論密度と同一の比に達するため
にかなり高い焼成温度を必要とした。試料Ａ，Ｏ，Ｑ，
ＵおよびＶの共通の組成的特徴は、表２にみられるよう
に、Ｂ−サイトに富む（Ａ−サイトよりもＢ−サイトで
カチオンの高いモル％）か化学量論的（Ａ／Ｂ＝１）で
あることである。一方、試料ＳおよびＴの共通の組成的
特徴はＡ−サイトに富む（Ｂ−サイトよりもＡ−サイト
でカチオンの高いモル％）ことである。Ｂ−サイトに富
むことは焼成特性の点でこれらの材料の非常に有利な態
様であることは図４のデータから明らかである。実際的
な用語で、これらのＬＣＭ物質のＢ−サイトに富むこと
は約１００℃の焼成温度における利点を与え、上述のよ
うに大きな物質および方法の利点を与える。 例３ Ｂ−サイトでのマンガンのコバルト置換の影響 表３に示される組成物は、Ｂ−サイトのマンガンをイオ
ン半径がＢ−サイトの置換を指示する他のカチオンで置
換する影響を証明するために調製された。組成物は例１
に記載されたのとまさに同一の方法で調製された。各試
料はランタン／カルシウム比４：６を用い、そして各試
料はＢ−サイトが２％富んでいた。
比として密度を示す。密度も最も低く可能な焼成温度で
理論値の１００％に近づくのがインターコネクトにとっ
て望ましい。図４に示されるように、試料Ａ，Ｏ，Ｑ，
ＵおよびＶは最低温度で最高の密度を達成したが、試料
ＳおよびＴはそれぞれ理論密度と同一の比に達するため
にかなり高い焼成温度を必要とした。試料Ａ，Ｏ，Ｑ，
ＵおよびＶの共通の組成的特徴は、表２にみられるよう
に、Ｂ−サイトに富む（Ａ−サイトよりもＢ−サイトで
カチオンの高いモル％）か化学量論的（Ａ／Ｂ＝１）で
あることである。一方、試料ＳおよびＴの共通の組成的
特徴はＡ−サイトに富む（Ｂ−サイトよりもＡ−サイト
でカチオンの高いモル％）ことである。Ｂ−サイトに富
むことは焼成特性の点でこれらの材料の非常に有利な態
様であることは図４のデータから明らかである。実際的
な用語で、これらのＬＣＭ物質のＢ−サイトに富むこと
は約１００℃の焼成温度における利点を与え、上述のよ
うに大きな物質および方法の利点を与える。 例３ Ｂ−サイトでのマンガンのコバルト置換の影響 表３に示される組成物は、Ｂ−サイトのマンガンをイオ
ン半径がＢ−サイトの置換を指示する他のカチオンで置
換する影響を証明するために調製された。組成物は例１
に記載されたのとまさに同一の方法で調製された。各試
料はランタン／カルシウム比４：６を用い、そして各試
料はＢ−サイトが２％富んでいた。
【００６５】
【表３】
【００６６】図５は表３に示される組成物について理論
的密度の比として密度を示す。試料ＡはＬＣＭ組成物の
好適な態様を示す。試料Ｈ，Ｉ，ＪおよびＬは試料Ａと
同一組成を示すが、それぞれ５％、２５％、５０％およ
び１００％の量のコバルトによりＢ−サイトのマンガン
が部分置換されている。したがってＡはランタンカルシ
ウム亜マンガン酸塩（ＬＣＭ）組成物、組成物Ｌはラン
タンカルシウム亜コバルト酸塩（ＬＣＣ）を示し、そし
て試料Ｈ，ＩおよびＪは中間もしくは複合組成物を示
す。
的密度の比として密度を示す。試料ＡはＬＣＭ組成物の
好適な態様を示す。試料Ｈ，Ｉ，ＪおよびＬは試料Ａと
同一組成を示すが、それぞれ５％、２５％、５０％およ
び１００％の量のコバルトによりＢ−サイトのマンガン
が部分置換されている。したがってＡはランタンカルシ
ウム亜マンガン酸塩（ＬＣＭ）組成物、組成物Ｌはラン
タンカルシウム亜コバルト酸塩（ＬＣＣ）を示し、そし
て試料Ｈ，ＩおよびＪは中間もしくは複合組成物を示
す。
【００６７】図５に示されるように、試料Ｈ，Ｉ，Ｊお
よびＬは試料Ａに比べて低い温度で高い密度を達成し
た。したがってＬＣＭにもとづく組成物において、Ｂサ
イトのマンガンをコバルトで置換することは焼成特性に
関して有利であるようにみえる。しかし、差異はＳｒで
のＣａの置換、すなわちＡ−サイトの富化に対するＢ−
サイトの富化（図４参照）のようには有意でない。加え
て、コバルトはこれらの組成物群の他のものよりもはる
かに可動カチオン種であり、取付け具との反応または取
付け具もしくは炉の混入物に関する問題をもたらしう
る。
よびＬは試料Ａに比べて低い温度で高い密度を達成し
た。したがってＬＣＭにもとづく組成物において、Ｂサ
イトのマンガンをコバルトで置換することは焼成特性に
関して有利であるようにみえる。しかし、差異はＳｒで
のＣａの置換、すなわちＡ−サイトの富化に対するＢ−
サイトの富化（図４参照）のようには有意でない。加え
て、コバルトはこれらの組成物群の他のものよりもはる
かに可動カチオン種であり、取付け具との反応または取
付け具もしくは炉の混入物に関する問題をもたらしう
る。
【００６８】図５において、試料ＭおよびＮは、Ａ−サ
イト（焼成を妨げる）でのＳｒによるＣａ、ならびにＢ
−サイト（焼成を促す）でのＣｏによるＭｎ、の結合さ
れた置換を示す。試料Ｍの場合において、両方の置換は
それぞれもとのＣａおよびＭｎ含量の５％で実施される
が、試料Ｎの場合には両方の置換はそれぞれＣａおよび
Ｍｎ含量の２５％で実施される。試料Ｍおよび試料Ｎの
両方の場合において焼成性は基本組成物（試料Ａ）より
も改良されるが、Ｂ−サイトのみでのＣｏによるＭｎの
単独置換ほど焼成性ではない。この結果は、複数のドー
プをされた組成物における組成物の焼成性の点からみ
て、これらの２つの競合する影響の重なりを示す。 例４ 変形特性 追加の組成物が、実施例１のように調製され、これらの
組成物は曲げ応力の付加の結果としての永久塑性変形を
受ける程度を測定された。棒は約６mmの最終焼成幅を達
成するために押圧された。焼成された棒は、変形試験の
前に平らに、そして厚さ約２mmにするために研削され
た。
イト（焼成を妨げる）でのＳｒによるＣａ、ならびにＢ
−サイト（焼成を促す）でのＣｏによるＭｎ、の結合さ
れた置換を示す。試料Ｍの場合において、両方の置換は
それぞれもとのＣａおよびＭｎ含量の５％で実施される
が、試料Ｎの場合には両方の置換はそれぞれＣａおよび
Ｍｎ含量の２５％で実施される。試料Ｍおよび試料Ｎの
両方の場合において焼成性は基本組成物（試料Ａ）より
も改良されるが、Ｂ−サイトのみでのＣｏによるＭｎの
単独置換ほど焼成性ではない。この結果は、複数のドー
プをされた組成物における組成物の焼成性の点からみ
て、これらの２つの競合する影響の重なりを示す。 例４ 変形特性 追加の組成物が、実施例１のように調製され、これらの
組成物は曲げ応力の付加の結果としての永久塑性変形を
受ける程度を測定された。棒は約６mmの最終焼成幅を達
成するために押圧された。焼成された棒は、変形試験の
前に平らに、そして厚さ約２mmにするために研削され
た。
【００６９】試料への曲げ応力の付加は４点曲げ応力を
用いて実施された。荷重は特定期間（一般に１５〜２０
秒）かけられ、〜１０％内で、ゲージ力を測定された。
両方の実験用形態に加えられた応力（δ）の測定は標準
式：
用いて実施された。荷重は特定期間（一般に１５〜２０
秒）かけられ、〜１０％内で、ゲージ力を測定された。
両方の実験用形態に加えられた応力（δ）の測定は標準
式：
【００７０】
【数１】
【００７１】（ここでＰは加えられた荷重、Ｓは合計不
支持スパン、ｔは試料厚さ、そしてｗは試料幅である）
を用いて実施された。
支持スパン、ｔは試料厚さ、そしてｗは試料幅である）
を用いて実施された。
【００７２】レーザープロフィロメーターがｘ−ｙ位置
の関数として試料トポグラフィーを測定するのに用いら
れた。この装置は１万分の１インチ（２．５４μｍ）ま
で棒試料の平らな研削面の絶対高さを測定することがで
きた。プロフィロメーターについての典型的な格子は５
０点×５点であった。異なる試料について観察された塑
性変形を定量化するために、中央の点（ｘ軸に沿って）
についての変形程度を示すパラメータが規定され、試料
の可能な傾き（ｔｉｌｔ）が考慮された。この変形の程
度ξは、
の関数として試料トポグラフィーを測定するのに用いら
れた。この装置は１万分の１インチ（２．５４μｍ）ま
で棒試料の平らな研削面の絶対高さを測定することがで
きた。プロフィロメーターについての典型的な格子は５
０点×５点であった。異なる試料について観察された塑
性変形を定量化するために、中央の点（ｘ軸に沿って）
についての変形程度を示すパラメータが規定され、試料
の可能な傾き（ｔｉｌｔ）が考慮された。この変形の程
度ξは、
【００７３】
【数２】
【００７４】（ここでｚ1 およびｚ2 は試料の末端近く
の高さ（ｚ−配位）を示し、そしてｚ centはひずみ（ｆ
ｌｅｘｕｒｅ）点近くの高さを示す）として定義されう
る。ξ＞０の値は試料末端が中央より高いことを意味す
る。有意の変形が生じた試料について、ｚcentは極値
（ｅｘｔｒｅｍｕｍ）の近くをとる。パラメータ化は必
然的に近似し、そして＜０．０００１インチのξにおけ
る差異は有意ではない。しかしξの表は重要な傾向を要
約する有用な手段を与える。変形の程度は、初期値（応
力の前）と比べて曲げ応力の付加および解除後に、ξパ
ラメータが変化する程度により示される。変形特性につ
いて試験されたいくつかの組成物、ならびにσ＝３０MP
a の応力の付加後のξパラメータの関連する変化は、表
４に示される。
の高さ（ｚ−配位）を示し、そしてｚ centはひずみ（ｆ
ｌｅｘｕｒｅ）点近くの高さを示す）として定義されう
る。ξ＞０の値は試料末端が中央より高いことを意味す
る。有意の変形が生じた試料について、ｚcentは極値
（ｅｘｔｒｅｍｕｍ）の近くをとる。パラメータ化は必
然的に近似し、そして＜０．０００１インチのξにおけ
る差異は有意ではない。しかしξの表は重要な傾向を要
約する有用な手段を与える。変形の程度は、初期値（応
力の前）と比べて曲げ応力の付加および解除後に、ξパ
ラメータが変化する程度により示される。変形特性につ
いて試験されたいくつかの組成物、ならびにσ＝３０MP
a の応力の付加後のξパラメータの関連する変化は、表
４に示される。
【００７５】
【表４】
【００７６】表４はＬＣＭおよびＬＳＭ組成物群におけ
る組成物間の変形特性の差異を例示する。最も著しい結
果は、かなりの組成範囲にわたってＬＣＭにもとづく組
成物のどれも測定しうる室温変形を示さなかったが、一
方すべてのＬＳＭにもとづく組成物はσ＝３０MPa の中
程度の曲げ応力下でかなりの塑性変形を示した。これら
の観察は、変形はＬＣＭにもとづく組成物では全くみら
れないが、変形は大部分のＬＳＭにもとづく組成物につ
いてみられ、その大きさは組成物および処理の詳細に依
存するという点でまったく一般的である。 例５ 弾性率 例１で調製された一連の棒は、ＬＳＭについて１４００
℃、ＬＣＭについて１３００℃、の温度に保持して、類
似のスケジュールを用いて焼成された。動的ヤング率の
近似測定値がＧｒｉｎｄ−Ｏ−Ｓｏｎｉｃ装置を用いて
得られた。この方法は明確な形状の棒内の固定音波の振
動数を動的ヤング率の値に翻訳することに依存する。検
査された試料についての動的ヤング率は表５に要約され
る。試料ＬＳＭ−１およびＬＳＭ−２の組成はＬａ0.50
Ｓｒ0.50Ｍｎ1.00Ｃｏ0.04Ｏ3-δであるが、試料ＬＣＭ
−１およびＬＣＭ−２の組成はＬａ0.40Ｃａ0.60Ｍｎ
1.02Ｏ3-δであった。
る組成物間の変形特性の差異を例示する。最も著しい結
果は、かなりの組成範囲にわたってＬＣＭにもとづく組
成物のどれも測定しうる室温変形を示さなかったが、一
方すべてのＬＳＭにもとづく組成物はσ＝３０MPa の中
程度の曲げ応力下でかなりの塑性変形を示した。これら
の観察は、変形はＬＣＭにもとづく組成物では全くみら
れないが、変形は大部分のＬＳＭにもとづく組成物につ
いてみられ、その大きさは組成物および処理の詳細に依
存するという点でまったく一般的である。 例５ 弾性率 例１で調製された一連の棒は、ＬＳＭについて１４００
℃、ＬＣＭについて１３００℃、の温度に保持して、類
似のスケジュールを用いて焼成された。動的ヤング率の
近似測定値がＧｒｉｎｄ−Ｏ−Ｓｏｎｉｃ装置を用いて
得られた。この方法は明確な形状の棒内の固定音波の振
動数を動的ヤング率の値に翻訳することに依存する。検
査された試料についての動的ヤング率は表５に要約され
る。試料ＬＳＭ−１およびＬＳＭ−２の組成はＬａ0.50
Ｓｒ0.50Ｍｎ1.00Ｃｏ0.04Ｏ3-δであるが、試料ＬＣＭ
−１およびＬＣＭ−２の組成はＬａ0.40Ｃａ0.60Ｍｎ
1.02Ｏ3-δであった。
【００７７】
【表５】
【００７８】ＬＣＭ試料の動的ヤング率（Ｅ）はＬＳＭ
試料と比べて３倍より多い増加を示し、酸素含有ガス状
混合物から酸素を分離するための固体デバイスにおける
構造部材として使用されるセラミック部品ともっとはる
かに適合する。さらに、これらの結果は幅広い組成範囲
にわたって十分に適合し、すべてのＬＣＭにもとづく組
成物はすべてのＬＳＭにもとづく組成物よりも著しく大
きい動的ヤング率の値を示した。これらの結果は、ＬＳ
Ｍにもとづく組成物に対してＬＣＭにもとづく組成物が
機械的に優れていることをさらに明らかにする。 例６ 破壊（Ｆｒａｃｔｕｒｅ）強度 例５で検討されたのと同一の一連の棒がこれらの２つの
組成物群の間の破壊強度の差異を検査するために検討さ
れた。試料ＬＳＭ−１およびＬＣＭ−１の組成は例５に
与えられたとおりであった。破壊強度が例４に記載され
る４点曲げ試験で試験され、棒が折れるまで加える応力
を増加させた。
試料と比べて３倍より多い増加を示し、酸素含有ガス状
混合物から酸素を分離するための固体デバイスにおける
構造部材として使用されるセラミック部品ともっとはる
かに適合する。さらに、これらの結果は幅広い組成範囲
にわたって十分に適合し、すべてのＬＣＭにもとづく組
成物はすべてのＬＳＭにもとづく組成物よりも著しく大
きい動的ヤング率の値を示した。これらの結果は、ＬＳ
Ｍにもとづく組成物に対してＬＣＭにもとづく組成物が
機械的に優れていることをさらに明らかにする。 例６ 破壊（Ｆｒａｃｔｕｒｅ）強度 例５で検討されたのと同一の一連の棒がこれらの２つの
組成物群の間の破壊強度の差異を検査するために検討さ
れた。試料ＬＳＭ−１およびＬＣＭ−１の組成は例５に
与えられたとおりであった。破壊強度が例４に記載され
る４点曲げ試験で試験され、棒が折れるまで加える応力
を増加させた。
【００７９】ＬＳＭおよびＬＣＭ棒の両方についての強
度データは表６に要約される。Ｎは試験された試料の数
であり、統計的な結論を引出すのに十分大きかった。表
６に示されるように、ＬＣＭ試料についての特徴的な破
壊強度（δchar）はＬＳＭ試料のそれの２〜３倍大き
く、酸素含有ガス状混合物から酸素を分離するための固
体デバイスにおいて構造部材として使用されているセラ
ミック部品ともっとはるかに適合した。さらに、これら
の結果は幅広い組成範囲にわたって十分に適合し、すべ
てのＬＣＭにもとづく組成物はすべてのＬＳＭにもとづ
く組成物よりも高い強度を示した。
度データは表６に要約される。Ｎは試験された試料の数
であり、統計的な結論を引出すのに十分大きかった。表
６に示されるように、ＬＣＭ試料についての特徴的な破
壊強度（δchar）はＬＳＭ試料のそれの２〜３倍大き
く、酸素含有ガス状混合物から酸素を分離するための固
体デバイスにおいて構造部材として使用されているセラ
ミック部品ともっとはるかに適合した。さらに、これら
の結果は幅広い組成範囲にわたって十分に適合し、すべ
てのＬＣＭにもとづく組成物はすべてのＬＳＭにもとづ
く組成物よりも高い強度を示した。
【００８０】
【表６】
【００８１】例７ 伝導度測定 作動温度における十分なＤＣ電子伝導度は、酸素を発生
する積層固体デバイスにおけるインターコネクトのため
の実行可能な材料にとって必要条件である。したがっ
て、追加試料が室温および８００℃の間の温度で電子伝
導度σE を測定するために調製された。各温度で、３つ
の測定値がとられ、０．３，０．６および１．０Ａの近
似電流でそれぞれ１つである。これらの３つの伝導度の
値は各温度についての報告値に到達するように平均され
た。各場合において、このように得られた３つの値は非
常に類似していた（約５％以内）。これらの実験の結果
は、８００℃で測定された電子伝導度について表７に示
される。
する積層固体デバイスにおけるインターコネクトのため
の実行可能な材料にとって必要条件である。したがっ
て、追加試料が室温および８００℃の間の温度で電子伝
導度σE を測定するために調製された。各温度で、３つ
の測定値がとられ、０．３，０．６および１．０Ａの近
似電流でそれぞれ１つである。これらの３つの伝導度の
値は各温度についての報告値に到達するように平均され
た。各場合において、このように得られた３つの値は非
常に類似していた（約５％以内）。これらの実験の結果
は、８００℃で測定された電子伝導度について表７に示
される。
【００８２】
【表７】
【００８３】作動温度で、ＬＣＭ組成物のＤＣ伝導度は
ＬＳＭ組成物のそれに匹敵した。もっと正確には試験さ
れたＬＣＭ物質は８００℃で２８０〜３１３Ｓ／cmの伝
導度を示した。さらに伝導度の結果は、４００℃〜８０
０℃の現実的な作動温度と全体にわたって類似した。こ
れらのデータから、ＬＣＭ組成物の電子伝導度は酸素含
有ガス状混合物から酸素を分離するためのデバイスにお
けるインターコネクトとしての使用に適することが結論
づけられる。
ＬＳＭ組成物のそれに匹敵した。もっと正確には試験さ
れたＬＣＭ物質は８００℃で２８０〜３１３Ｓ／cmの伝
導度を示した。さらに伝導度の結果は、４００℃〜８０
０℃の現実的な作動温度と全体にわたって類似した。こ
れらのデータから、ＬＣＭ組成物の電子伝導度は酸素含
有ガス状混合物から酸素を分離するためのデバイスにお
けるインターコネクトとしての使用に適することが結論
づけられる。
【００８４】本発明はいくつかの好適な態様について説
明されたが、本発明の範囲は請求の範囲から確められる
べきである。
明されたが、本発明の範囲は請求の範囲から確められる
べきである。
【図１】本発明デバイスの１態様の略図。
【図２】本発明デバイスのもう１つの態様の略図。
【図３】インターコネクト組成物の密度対焼成温度を示
すグラフであり、Ａ−サイトでストロンチウムをカルシ
ウムに置換する効果を示す。
すグラフであり、Ａ−サイトでストロンチウムをカルシ
ウムに置換する効果を示す。
【図４】インターコネクト組成物の密度対焼成温度を示
すグラフであり、Ｂ−サイトに対するＡ−サイトカチオ
ン比の効果を示す。
すグラフであり、Ｂ−サイトに対するＡ−サイトカチオ
ン比の効果を示す。
【図５】インターコネクトの密度対焼成温度を示すグラ
フであり、Ｂ−サイトでコバルトを亜マンガン酸塩に置
換する効果を示す。
フであり、Ｂ−サイトでコバルトを亜マンガン酸塩に置
換する効果を示す。
５…固体電解質板 ７…インターコネクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド ローレンス ミクスナー アメリカ合衆国，カリフォルニア 93012, カマリロ，コート ルーシンダ 6321 Ｆターム(参考） 4M104 AA10 BB08 BB36 CC01 DD37 DD51 DD78 GG20 HH20 5H026 AA06 CC03 EE13 HH05
Claims (15)
- 【請求項１】 一般式： 【化１】 （ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ
およびＬｕからなる群より選ばれ；ＡはＳｒ，Ｂａおよ
びＹからなる群より選ばれ；ＢはＣｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，
ＭｇおよびＧａからなる群より選ばれ；ｘ＋ｘ′＋ｘ″
＝１および１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０という条件で；
０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；０≦ｘ″
≦０．５；０．５＜ｙ＜１．２および０≦ｙ′≦０．５
であり；そしてδは物質の組成物に中性の電荷を付与す
る数である。）により表わされる物質の組成物を含む、
電気的に駆動される固体電解質酸素分離デバイスのため
のインターコネクト。 - 【請求項２】 ＬｎがＬａである請求項１記載のインタ
ーコネクト。 - 【請求項３】 ＡがＳｒである請求項１記載のインター
コネクト。 - 【請求項４】 ＢがＣｏである請求項１記載のインター
コネクト。 - 【請求項５】 ０．３≦ｘ≦０．７および０．３≦ｘ′
≦０．７である請求項１記載のインターコネクト。 - 【請求項６】 ｘ″が０である請求項１記載のインター
コネクト。 - 【請求項７】 ０．９＜ｙ＜１．２および０≦ｙ′≦
０．１である請求項１記載のインターコネクト。 - 【請求項８】 ｙ′が０である請求項１記載のインター
コネクト。 - 【請求項９】 ＬｎがＬａ、ＡがＳｒ、ＢがＣｏ、ｘ＋
ｘ′＋ｘ″＝１および１．０５＞ｙ＋ｙ′≧１．０２と
いう条件で、０．３≦ｘ≦０．５；０．５≦ｘ′≦０．
７；０≦ｘ″≦０．２；０．９＜ｙ＜１．０５；および
０≦ｙ′≦０．１である請求項１記載のインターコネク
ト。 - 【請求項１０】 一般式： 【化２】 （ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ
およびＬｕからなる群より選ばれ；ｘ＋ｘ′＝１という
条件で；０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；
および１．０＜ｙ＜１．２であり；そしてδは物質の組
成物に中性の電荷を付与する数である。）により表わさ
れる物質の組成物を含む、電気的に駆動される固体電解
質酸素分離デバイスのためのインターコネクト。 - 【請求項１１】 ０．３≦ｘ≦０．７である請求項１０
記載のインターコネクト。 - 【請求項１２】 ＬｎでＬａであり、０．３≦ｘ≦０．
５および１．０＜ｙ＜１．０５である請求項１０記載の
インターコネクト。 - 【請求項１３】 １つ以上のインターコネクトにより直
列に電気的に接続される少くとも２つの電気化学的電池
を含む電気化学的固体デバイスであり、少くとも１つの
インターコネクトは式： 【化３】 （ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ
およびＬｕからなる群より選ばれ；ＡはＳｒ，Ｂａおよ
びＹからなる群より選ばれ；ＢはＣｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｌ，
ＭｇおよびＧａからなる群より選ばれ；ｘ＋ｘ′＋ｘ″
＝１および１．２＞ｙ＋ｙ′＞１．０という条件で；
０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；０≦ｘ″
≦０．５；０．５＜ｙ＜１．２および０≦ｙ′≦０．５
であり；そしてδは物質の組成物に中性の電荷を付与す
る数である。）により表わされる物質の組成物を含む電
気化学的固体デバイス。 - 【請求項１４】 ＬｎがＬａ、ＡがＳｒ、ＢがＣｏ、ｘ
＋ｘ′＋ｘ″＝１および１．０５＞ｙ＋ｙ′≧１．０２
という条件で、０．３≦ｘ≦０．５；０．５≦ｘ′≦
０．７；０≦ｘ″≦０．２；０．９＜ｙ＜１．０５；お
よび０≦ｙ′≦０．１である請求項１３記載のインター
コネクト。 - 【請求項１５】 １つ以上のインターコネクトにより直
列に電気的に接続される少くとも２つの電気化学的電池
を含む電気化学的固体デバイスであり、少くとも１つの
インターコネクトは式： 【化４】 （ここで、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ
およびＬｕからなる群より選ばれ；ｘ＋ｘ′＝１という
条件で；０．１≦ｘ≦０．９；０．１≦ｘ′≦０．９；
１．０＜ｙ＜１．２であり；そしてδは物質の組成物に
中性の電荷を付与する数である。）により表わされる物
質の組成物を含む電気化学的固体デバイス。
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|---|---|---|---|
| US09/844568 | 2001-04-27 | ||
| US09/844,568 US6811914B2 (en) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | Electrochemical solid-state device comprising b-site rich lanthanum calcium manganite |
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| JP3199546B2 (ja) | 1993-12-27 | 2001-08-20 | 京セラ株式会社 | 固体電解質型燃料電池セル用集電部材および導電性セラミックスの製造方法 |
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- 2002-04-25 ES ES02009227T patent/ES2236384T3/es not_active Expired - Lifetime
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-
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