JP2003212653A - Oxide ion conductor and solid oxide type fuel cell - Google Patents

Oxide ion conductor and solid oxide type fuel cell

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JP2003212653A
JP2003212653A JP2002016917A JP2002016917A JP2003212653A JP 2003212653 A JP2003212653 A JP 2003212653A JP 2002016917 A JP2002016917 A JP 2002016917A JP 2002016917 A JP2002016917 A JP 2002016917A JP 2003212653 A JP2003212653 A JP 2003212653A
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JP
Japan
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compound
group
conductivity
ion conductor
fuel cell
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JP2002016917A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Yoshida
洋之 吉田
Toru Inagaki
亨 稲垣
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Kansai Electric Power Co Inc
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
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  • Fuel Cell (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound which has high electrical conductivity and excellent durability, and is useful as an oxide ion conductor, and to provide a solid oxide type fuel cell which is provided with the above compound as an electrolyte. <P>SOLUTION: The compound is expressed by the general formula (1) of Ba<SB>2</SB>(In<SB>1-x-y</SB>L<SB>x</SB>M<SB>y</SB>)<SB>2</SB>O<SB>5</SB>[wherein, L is at least one kind selected from the group consisting of tervalent cations whose ion radius in 6 coordination number is >0.8 Å; M is at least one kind selected from the group consisting of tervalent cations whose ion radius in 6 coordination number is <0.8 Å; the weighted mean ion radius of L and M is 0.785 to 0.805 Å; x is 0.05 to 0.5; y is 0.05 to 0.5; and x+y≤0.6]. The oxide ion conductor consists of the above compound, and the solid oxide type fuel cell is provided with the above oxide ion conductor as the electrolyte. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、Ba2In2O5系化合物
に関し、特に、酸化物イオン導電体として有用な化合物
に関する。また、本発明は、前記化合物を電解質として
備えた固体酸化物型燃料電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Ba 2 In 2 O 5 type compound, and more particularly to a compound useful as an oxide ion conductor. The present invention also relates to a solid oxide fuel cell including the above compound as an electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体酸化物型燃料電池などに用いられる
電解質に対して求められる重要な特性の一つとして、導
電性が高いことが挙げられる。現在、高い導電性を有す
る固体電解質として、ジルコニア、セリア系酸化物など
の蛍石型構造を有する化合物;ペロブスカイト型構造に
類似した構造を有する化合物などが知られている。例え
ば、ペロブスカイト型構造類似体のひとつとして、Ba2I
n2O5を例示することができ、この化合物は、ペロブスカ
イト型構造から規則的に酸素が欠損した構造(欠陥ペロ
ブスカイト型構造)を有している。Ba2In2O5は、930
℃程度以上の高温において良好な導電性を有するので、
固体酸化物型燃料電池の電解質として用いることができ
る。
2. Description of the Related Art High conductivity is one of the important characteristics required for electrolytes used in solid oxide fuel cells and the like. At present, as solid electrolytes having high conductivity, compounds having a fluorite structure such as zirconia and ceria-based oxides; compounds having a structure similar to a perovskite structure are known. For example, as one of the perovskite-type structural analogs, Ba 2 I
n 2 O 5 can be exemplified, and this compound has a structure in which oxygen is regularly depleted from the perovskite type structure (defective perovskite type structure). Ba 2 In 2 O 5 is 930
Since it has good conductivity at high temperatures above about ℃,
It can be used as an electrolyte of a solid oxide fuel cell.

【0003】しかしながら、Ba2In2O5は、930℃付近
において相転移が進行し、930℃程度以下では、結晶
内に存在する酸素空孔が秩序配列したブラウンミレライ
ト型酸化物となり、この酸素空孔の秩序配列が原因とな
って導電率が急激に低下する。そのため、Ba2In2O5を用
いた固体酸化物型燃料電池は、930℃より低い温度で
作動させることができない。
However, Ba 2 In 2 O 5 undergoes a phase transition at around 930 ° C., and at about 930 ° C. or lower, it becomes a brown millerite-type oxide in which oxygen vacancies existing in the crystal are ordered. The conductivity drops sharply due to the ordered arrangement of oxygen vacancies. Therefore, the solid oxide fuel cell using Ba 2 In 2 O 5 cannot be operated at a temperature lower than 930 ° C.

【0004】本発明者らは、高い導電性を有し、固体電
解質材料として有用な酸化物イオン導電体を開発するた
めに鋭意検討を重ねた結果、Ba2In2O5中のInの一部を3
価のカチオンで置換することにより、低温域においても
相転移による導電率の急激な低下が生じなくなることを
見出した(特開平11−240717号公報)。
The present inventors have conducted intensive studies to develop an oxide ion conductor having high conductivity and useful as a solid electrolyte material. As a result, one of In in Ba 2 In 2 O 5 Part 3
It has been found that by substituting with a valent cation, a rapid decrease in conductivity due to a phase transition does not occur even in a low temperature region (JP-A-11-240717).

【0005】上記公報に記載の化合物は、加重平均イオ
ン半径が大きくなるほど高い酸化物イオン導電性を示
す。しかしながら、加重平均イオン半径が大きくなるほ
ど、結晶中のひずみが大きくなり、耐久性が低下すると
いう問題点がある。
The compounds described in the above publications show higher oxide ion conductivity as the weighted average ionic radius increases. However, there is a problem that as the weighted average ionic radius increases, the strain in the crystal increases and the durability decreases.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
問題点を鑑み成されたものであって、高い導電性を有
し、且つ優れた耐久性を有し、酸化物イオン導電体とし
て有用な化合物、および前記化合物を電解質として備え
た固体酸化物型燃料電池を提供することを主な目的とす
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and has high conductivity and excellent durability, and is used as an oxide ion conductor. It is a main object to provide a useful compound and a solid oxide fuel cell provided with the compound as an electrolyte.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、さらに性能
の高い酸化物イオン導電体を開発するために、Ba2In2O5
系化合物においてInを置換するカチオンに着目した。そ
こで、本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、Inより大き
なイオン半径を持つ3価のカチオンと小さなイオン半径
を持つ3価のカチオンとを組み合わせ、加重平均イオン
半径がInのイオン半径に近い値となるようにすると、導
電性が向上し、且つ優れた耐久性を示すことを見い出
し、本発明を完成するに至った。
The present inventors have developed Ba 2 In 2 O 5 in order to develop oxide ion conductors with higher performance.
Attention was paid to the cations substituting In in the system compounds. Therefore, as a result of extensive studies, the present inventor has combined a trivalent cation having a larger ionic radius than In and a trivalent cation having a smaller ionic radius, and has a weighted average ionic radius close to that of In. It has been found that when the value is set to a value, the conductivity is improved and the durability is excellent, and the present invention has been completed.

【0008】即ち、本発明は、以下の化合物、導電体お
よび前記導電体を備えた固体酸化物型燃料電池に係るも
のである。 1.一般式(1): Ba2(In1-x-yLxMy)2O5 (1) [式中、Lは6配位のイオン半径が0.8より大きい3価の
カチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種を示
し、Mは6配位のイオン半径が0.8より小さい3価のカチ
オンからなる群から選ばれる少なくとも1種を示し、Lと
Mの加重平均イオン半径が0.785〜0.805Åであり、xは
0.05〜0.5であり、yは0.05〜0.5であり、且つx+y≦0.6
である]で表される化合物。 2. Lが、IIIa族元素およびIIIb族元素からなる群か
ら選択される少なくとも1種の元素の3価のカチオンであ
り、且つMが、IIIa族元素、IIIb族元素および遷移金属
元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素の3
価のカチオンである上記1に記載の化合物。 3.Lの6配位におけるイオン半径が、0.8Åより大きく
1.1Å以下であり、Mの6配位におけるイオン半径が、0.
5Å以上であり0.8Åより小さい上記1または2に記載の
化合物。 4.Lが、Yb3+、Y3+、Gd3+およびSm3+からなる群から
選択される少なくとも1種であり、Mが、Ga3+および/ま
たはAl3+である上記1に記載の化合物。 5.xが、0.05〜0.3であり、yが0.05〜0.3である上記1
〜4のいずれかに記載の化合物。 6.500〜1000℃において相変化を示さない上記1〜5の
いずれかに記載の化合物。 7.上記1〜6のいずれかに記載の化合物からなる酸化物
イオン導電体。 8.1000℃における導電率の値(σ1000)の対数(log
σ1000)が-2.5以上であり、500℃における導電率の値
(σ500)の対数(logσ500)が-4.5以上である上記7に
記載の酸化物イオン導電体。 9.上記7または8に記載の酸化物イオン導電体を電解質
として備えた固体酸化物型燃料電池。
That is, the present invention relates to the following compounds, conductors, and solid oxide fuel cells provided with the conductors. 1. Formula (1): Ba 2 (In 1-xy L x M y) 2 O 5 (1) [ wherein, L is selected from the group of 6 coordination ion radius is 0.8 greater than the trivalent cation Represents at least one, M represents at least one selected from the group consisting of trivalent cations having a hexacoordinated ionic radius of less than 0.8, and L and
The weighted average ion radius of M is 0.785 to 0.805Å, and x is
0.05 to 0.5, y is 0.05 to 0.5, and x + y ≦ 0.6
The compound represented by. 2. L is a trivalent cation of at least one element selected from the group consisting of Group IIIa elements and Group IIIb elements, and M is selected from the group consisting of Group IIIa elements, Group IIIb elements and transition metal elements 3 of at least one element
The compound according to 1 above, which is a valent cation. 3. The ionic radius of L 6 is larger than 0.8Å
It is less than 1.1Å, and the ionic radius of M in 6-coordinate is 0.
The compound according to 1 or 2 above, which is 5 Å or more and less than 0.8 Å. 4. L is at least one selected from the group consisting of Yb 3+ , Y 3+ , Gd 3+ and Sm 3+ , and M is Ga 3+ and / or Al 3+ . Compound. 5. 1 in which x is 0.05 to 0.3 and y is 0.05 to 0.3
5. The compound according to any one of to 4. 6. The compound according to any one of 1 to 5 above, which does not exhibit a phase change at 500 to 1000 ° C. 7. An oxide ion conductor comprising the compound according to any one of 1 to 6 above. 8. Logarithm of conductivity value (σ 1000 ) at 1000 ℃ (log
sigma 1000) is not less -2.5 or more, the oxide ion conductor according to claim 7 is the logarithm (logσ 500) is -4.5 or more of electric conductivity at 500 ° C. The value (σ 500). 9. 9. A solid oxide fuel cell comprising the oxide ion conductor described in 7 or 8 as an electrolyte.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の化合物は、以下の一般式
(1)で示される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The compound of the present invention has the following general formula:
It is indicated by (1).

【0010】Ba2(In1-x-yLxMy)2O5 (1) [式中、Lは6配位のイオン半径が0.8より大きい3価の
カチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種を示
し、Mは6配位のイオン半径が0.8より小さい3価のカチ
オンからなる群から選ばれる少なくとも1種を示し、Lと
Mの加重平均イオン半径が、0.785〜0.805Åであり、x
は0.05〜0.5であり、yは0.05〜0.5であり、且つx+y≦
0.6である]
Ba 2 (In 1-xy L x M y ) 2 O 5 (1) [wherein L is at least one selected from the group consisting of trivalent cations having a hexacoordinated ionic radius larger than 0.8] , M represents at least one selected from the group consisting of trivalent cations having a hexacoordinated ionic radius of less than 0.8, and L and
The weighted average ion radius of M is 0.785 to 0.805Å, x
Is 0.05 to 0.5, y is 0.05 to 0.5, and x + y ≦
Is 0.6]

【0011】本発明におけるイオン半径とは、公知の化
合物の結晶構造解析結果から系統的にまとめた有効イオ
ン半径であり、例えば、文献:R. D. Shannon and C.
T. Prewitt, Acta. Cryst., B25, 925 (1969)に記載さ
れている値である。
The ionic radius in the present invention is an effective ionic radius systematically summarized from the results of crystal structure analysis of known compounds. For example, reference: RD Shannon and C.
The value is described in T. Prewitt, Acta. Cryst., B25, 925 (1969).

【0012】一般式(1)におけるLは、3価のカチオン
であり、6配位におけるイオン半径が0.8より大きい限
り特に制限されない。Lの6配位におけるイオン半径の
上限は、特に制限されないが、通常1.1Å以下程度であ
る。Lとしては、例えば、Y3+、Ce3+、Pr3+, Nd3+, Pm
3+, Sm3+, Eu3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, T
m3+, Yb3+, La3+ , Cm3+, Bk3+, Cf3+などのIIIa族元素
の3価のカチオン、Tl3+などのIIIb族元素の3価のカチ
オンなどを例示することができる。これらの中では、Y
3+,Ce3+,Pr3+, Nd3+, Sm3+, Eu3+, Gd3+, Tb3+, E
r3+, Yb3+, La3+が好ましく、Y3+、Sm3+、Gd3+、Yb3+
特に好ましい。
L in the general formula (1) is a trivalent cation and is not particularly limited as long as the ionic radius in hexacoordinate is larger than 0.8. The upper limit of the ionic radius of L in the 6-coordinate is not particularly limited, but is usually about 1.1 Å or less. Examples of L include Y 3+ , Ce 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Pm
3+ , Sm 3+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , T
Examples include trivalent cations of Group IIIa elements such as m 3+ , Yb 3+ , La 3+ , Cm 3+ , Bk 3+ , Cf 3+, and trivalent cations of Group IIIb elements such as Tl 3+. can do. Among these, Y
3+ , Ce 3+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Sm 3+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , E
r 3+ , Yb 3+ and La 3+ are preferable, and Y 3+ , Sm 3+ , Gd 3+ and Yb 3+ are particularly preferable.

【0013】一般式(1)におけるMは、3価のカチオン
であり、6配位におけるイオン半径が0.8より小さい限
り特に制限されない。Mの6配位におけるイオン半径の
下限は、特に制限されないが、通常0.5Å以上程度であ
る。Mとしては、例えば、Sc3 +などのIIIa族元素の3価
のカチオン;Al3+, Ga3+などのIIIb族元素の3価のカチ
オン;Ti3+, Cr3+, Mn3+, Ni3+,Fe3+, Co3+, Ru3+, Rh
3+などの遷移金属の3価のカチオンなどを例示すること
ができる。IIIb族元素の3価のカチオンとしては、Ga3+
が好ましい。遷移金属の3価のカチオンとしては、T
i3+,Cr3+,Mn3+,Ni3+,Fe3+,Co3+が好ましい。Mと
しては、Ga3+、Al3+が好ましく、Ga3+が特に好ましい。
M in the general formula (1) is a trivalent cation and is not particularly limited as long as the ionic radius in hexacoordinate is smaller than 0.8. The lower limit of the ionic radius in the hexacoordinate of M is not particularly limited, but is usually about 0.5Å or more. Examples of M include trivalent cations of IIIa group elements such as Sc 3 + ; trivalent cations of IIIb group elements such as Al 3+ and Ga 3+ ; Ti 3+ , Cr 3+ , Mn 3+ , Ni 3+ , Fe 3+ , Co 3+ , Ru 3+ , Rh
Examples thereof include trivalent cations of transition metals such as 3+ . As the trivalent cation of the group IIIb element, Ga 3+
Is preferred. The transition metal trivalent cation is T
i 3+ , Cr 3+ , Mn 3+ , Ni 3+ , Fe 3+ , Co 3+ are preferable. As M, Ga 3+ and Al 3+ are preferable, and Ga 3+ is particularly preferable.

【0014】一般式(1)におけるxは、LによるInの置
換率に相当する。xの上限は、通常0.5以下程度であり、
好ましくは0.3以下程度であり、より好ましくは0.25以
下程度である。xの下限は、通常0.05以上程度であり、
好ましくは0.08以上程度であり、より好ましくは0.1以
上程度である。
X in the general formula (1) corresponds to the replacement ratio of In with L. The upper limit of x is usually about 0.5 or less,
It is preferably about 0.3 or less, more preferably about 0.25 or less. The lower limit of x is usually about 0.05 or more,
It is preferably about 0.08 or more, more preferably about 0.1 or more.

【0015】一般式(1)におけるyは、MによるInの置
換率に相当する。yの上限は、通常0.5以下程度であり、
好ましくは0.3以下程度であり、より好ましくは0.25以
下程度である。yの下限は、通常0.05以上程度であり、
好ましくは0.08以上程度であり、より好ましくは0.1以
上程度である。
Y in the general formula (1) corresponds to the substitution ratio of In with M. The upper limit of y is usually about 0.5 or less,
It is preferably about 0.3 or less, more preferably about 0.25 or less. The lower limit of y is usually about 0.05 or more,
It is preferably about 0.08 or more, more preferably about 0.1 or more.

【0016】x+yの値は、通常0.6以下程度であり、好ま
しくは0.5以下程度である。x+yの下限値は、特に制限さ
れないが、通常0.1以上程度、好ましくは0.2以上程度で
ある。
The value of x + y is usually about 0.6 or less, preferably about 0.5 or less. The lower limit of x + y is not particularly limited, but is usually about 0.1 or more, preferably about 0.2 or more.

【0017】xまたはyの値が大きすぎると、第2相が出
現しやすくなる傾向がある。第2相が出現すると導電性
が低下するので好ましくない。xまたはyの値が小さすぎ
ると、結晶構造がブラウンミレライト構造となりやすく
なる。即ち、低温域において欠陥ペロブスカイト型構造
をとりにくくなり、温度の変化とともに相転移が生じや
すくなる傾向がある。相転移が生じると導電率が急激に
低下するので好ましくない。
If the value of x or y is too large, the second phase tends to appear. The appearance of the second phase lowers the conductivity, which is not preferable. If the value of x or y is too small, the crystal structure tends to be a brown millerite structure. That is, it becomes difficult to form a defect perovskite structure in a low temperature region, and a phase transition tends to occur easily with a change in temperature. When the phase transition occurs, the conductivity sharply decreases, which is not preferable.

【0018】本発明において、LとMの加重平均イオン
半径とは、以下の式で定義される値である。
In the present invention, the weighted average ion radius of L and M is a value defined by the following formula.

【0019】[0019]

【式1】 [Formula 1]

【0020】一般式(1)における加重平均イオン半径
は、In3+の6配位のイオン半径の値(0.80Å)に近い値と
なるように設定し、通常0.785〜0.805Å程度であり、好
ましくは0.79〜0.804Å程度であり、より好ましくは0.7
95〜0.803Å程度である。
The weighted average ionic radius in the general formula (1) is set so as to be close to the value of the hexagonal ionic radius of In 3+ (0.80Å), and is usually about 0.785 to 0.805Å, It is preferably about 0.79 to 0.804 Å, more preferably 0.7
It is about 95 to 0.803Å.

【0021】本発明の化合物は、Ba2In2O5において、In
よりイオン半径が大きい3価のカチオン:LとInよりイ
オン半径が小さい3価のカチオン:Mで、加重平均イオ
ン半径がIn3+の6配位の値と近くなるように、Inの一部
を置換されている。本発明の化合物は、Ba2In2O5結晶中
の酸素空孔を無秩序化して対称性を向上させた欠陥ペロ
ブスカイト型構造を低温まで維持すると同時に、結晶構
造のひずみを最小限にすることができ、相転移による急
激な導電率の低下を抑制することができる。
The compounds of the present invention, in the Ba 2 In 2 O 5, In
Trivalent cation with a larger ionic radius: L and trivalent cation with a smaller ionic radius than In: M, so that the weighted average ionic radius is close to the In 3+ hexacoordinate value. Has been replaced. The compound of the present invention can maintain a defect perovskite structure in which oxygen vacancies in a Ba 2 In 2 O 5 crystal are disordered to improve symmetry to a low temperature, and at the same time, minimize distortion of the crystal structure. Therefore, it is possible to suppress a rapid decrease in conductivity due to the phase transition.

【0022】本発明の化合物は、高い導電性を示すので
酸化物イオン導電体として有用である。本発明の化合物
の導電率(S/cm)は、特に制限されないが、1000℃におけ
る導電率の値(σ1000)の対数(logσ1000)は、通常-
2.5以上程度であり、好ましくは-1.5以上程度である。l
ogσ1000の上限は、特に制限されないが、通常-0.5以下
程度である。500℃における導電率の値(σ500)の対数
(logσ500)は、通常-4.5以上程度であり、好ましくは
-3.5以上程度である。logσ500の上限は、特に制限され
ないが、通常-2以下程度である。なお、本発明における
導電率の値は、化合物(焼結体)を厚さ2mmに研削し、
表面研磨を施した後に両面に白金ペーストを塗布し、10
00℃において3時間電極焼付け処理を施した後、交流2端
子法(印加交流電圧:100mV、周波数:10MHz〜100Hz、
大気中)を用いて複素インピーダンスを測定することに
より得られる値である。
The compound of the present invention exhibits high conductivity and is useful as an oxide ion conductor. Logarithm of the conductivity of the compounds of the present invention (S / cm) is not particularly limited, the conductivity at 1000 ° C. the value (σ 1000) (logσ 1000) is usually -
It is about 2.5 or more, preferably about -1.5 or more. l
The upper limit of og σ 1000 is not particularly limited, but is usually about −0.5 or less. Log (logσ 500) of the value of the conductivity (sigma 500) at 500 ° C. is usually about -4.5 or more, preferably
-3.5 or more. The upper limit of log σ 500 is not particularly limited, but is usually about −2 or less. The value of the conductivity in the present invention is obtained by grinding the compound (sintered body) to a thickness of 2 mm,
After polishing the surface, apply platinum paste on both sides and
After performing electrode baking treatment at 00 ℃ for 3 hours, AC 2 terminal method (applied AC voltage: 100 mV, frequency: 10 MHz to 100 Hz,
It is a value obtained by measuring the complex impedance using (in air).

【0023】本発明の化合物は、酸化物イオン導電体と
して有用であり、結晶相が実質的に単一相であるもの
は、特に有用である。また、欠陥ペロブスカイト型の結
晶構造を示す温度の下限が500℃以下程度、好ましくは6
00℃以下程度である化合物は、酸化物イオン導電体とし
て特に有用である。
The compounds of the present invention are useful as oxide ion conductors, particularly those in which the crystalline phase is substantially a single phase. Further, the lower limit of the temperature at which a defect perovskite type crystal structure is exhibited is about 500 ° C. or less, preferably 6
A compound having a temperature of about 00 ° C. or lower is particularly useful as an oxide ion conductor.

【0024】本発明の化合物からなる酸化物イオン導電
体は、固体酸化物型燃料電池、酸素センサー、酸素ポン
プなどに備えられる電解質材料として有用である。特
に、500〜1000℃程度において相転移を示さない本発明
の化合物は、これらの温度範囲において使用することが
できる固体酸化物型燃料電池、酸素センサー、酸素ポン
プなどに備えられる電解質材料として特に有用である。
The oxide ion conductor comprising the compound of the present invention is useful as an electrolyte material provided in solid oxide fuel cells, oxygen sensors, oxygen pumps and the like. Particularly, the compound of the present invention showing no phase transition at about 500 to 1000 ° C. is particularly useful as an electrolyte material provided in a solid oxide fuel cell, an oxygen sensor, an oxygen pump, etc., which can be used in these temperature ranges. Is.

【0025】本発明の化合物は、Niなどとサーメットを
形成することができる。本願発明の化合物を含むサーメ
ットは、例えば、固体酸化物型燃料電池の複合電極材料
などとして使用することができる。
The compound of the present invention can form a cermet with Ni or the like. The cermet containing the compound of the present invention can be used, for example, as a composite electrode material for solid oxide fuel cells.

【0026】本発明の化合物の製造方法は、特に制限さ
れず、例えば、以下に述べるような方法で製造すること
ができる。 (1)固相反応法:本発明の化合物は、通常の固相反応
法において、所望の組成となるよう原料などを適宜選択
することにより製造することができる。例えば、原料と
して、各構成カチオンの酸化物(BaO、In2O3、L2O3、M2
O3など)、焼成によりこれらの酸化物を形成しうる化合
物(例えば炭酸塩など)を一般式(1)を満足する組成
となるように所定のモル比で混合した混合物などを例示
することができる。固相反応法では、空気中などの酸化
雰囲気下において原料を焼成する。
The method for producing the compound of the present invention is not particularly limited, and the compound can be produced, for example, by the method described below. (1) Solid phase reaction method: The compound of the present invention can be produced by an ordinary solid phase reaction method by appropriately selecting raw materials and the like so as to obtain a desired composition. For example, as raw materials, oxides of each constituent cation (BaO, In 2 O 3 , L 2 O 3 , M 2
O 3 and the like), compounds capable of forming these oxides by firing (eg, carbonate, etc.) in a predetermined molar ratio so as to have a composition satisfying the general formula (1), and the like. it can. In the solid-phase reaction method, the raw material is fired in an oxidizing atmosphere such as air.

【0027】原料は、必要に応じて、焼成する前に焼成
温度よりも低い温度で所定時間か焼し、粉砕してもよ
い。か焼することにより、より均一な組成の化合物を容
易に製造することができる。粉砕の程度は、特に制限さ
れないが、通常、二次粒子の粒径が250μm以下程度とな
るまで粉砕を行えばよい。
If desired, the raw material may be calcined at a temperature lower than the firing temperature for a predetermined time before being fired and then pulverized. By calcination, a compound having a more uniform composition can be easily produced. The degree of pulverization is not particularly limited, but normally pulverization may be performed until the particle size of the secondary particles becomes about 250 μm or less.

【0028】焼成温度は、特に限定されず、原料の組成
などに応じて適宜設定することができるが、通常1300℃
以上程度である。焼成温度の上限は、原料が融解しない
限り特に制限されず、通常1600℃以下程度である。焼成
時間は、通常5時間以上程度であり、24時間以下程度と
することができる。焼成温度が低過ぎると焼結が進みに
くく、緻密化が不十分となり、焼結体に空隙が取り残さ
れやすくなる。取り残された空隙は粒界における抵抗を
高め、結果として焼結体の導電率が低下するので好まし
くない。一方、焼成温度が高過ぎると粒成長が激しくな
り、気孔が粒内に取り残されやすくなる傾向があり、結
果として焼結体の導電率が減少するので好ましくない。
The firing temperature is not particularly limited and may be appropriately set depending on the composition of the raw material, etc., but is usually 1300 ° C.
That's about it. The upper limit of the firing temperature is not particularly limited as long as the raw material does not melt, and is usually about 1600 ° C or lower. The firing time is usually about 5 hours or more, and can be set to about 24 hours or less. If the firing temperature is too low, sintering is difficult to proceed, densification becomes insufficient, and voids are likely to be left in the sintered body. The voids left behind increase the resistance at the grain boundary, and as a result, the conductivity of the sintered body decreases, which is not preferable. On the other hand, if the firing temperature is too high, the grain growth becomes violent, and the pores tend to be left in the grains, resulting in a decrease in the conductivity of the sintered body, which is not preferable.

【0029】か焼温度は、十分に固相反応が進行する限
り特に制限されないが、通常900℃以上程度である。か
焼温度の上限は、焼成温度よりも低い限り特に制限され
ず、原料の組成などに応じて適宜設定することができ
る。か焼温度の上限は、通常1250℃以下程度である。か
焼時間は、例えば4時間以上程度、20時間以下程度とす
ることができる。か焼温度が低いと固相反応が進行しに
くくなる傾向があり、高いと焼結が進みすぎて気孔が多
く形成される傾向があり、焼結体の導電率の低下を招き
やすくなる。
The calcination temperature is not particularly limited as long as the solid phase reaction proceeds sufficiently, but it is usually about 900 ° C. or higher. The upper limit of the calcination temperature is not particularly limited as long as it is lower than the calcination temperature, and can be appropriately set according to the composition of the raw material and the like. The upper limit of the calcination temperature is usually about 1250 ° C or lower. The calcination time can be, for example, about 4 hours or more and about 20 hours or less. If the calcination temperature is low, the solid-phase reaction tends to be difficult to proceed. If the calcination temperature is high, the sintering tends to proceed excessively and a large number of pores are likely to be formed, and the conductivity of the sintered body tends to be lowered.

【0030】また、原料は、必要に応じて、か焼または
焼成する前に、所定温度で所定時間加圧成形してもよ
い。原料またはか焼し粉砕した原料の加圧成型方法は、
特に限定することなく公知の方法を用いることができ、
例えば、金型プレスにより40〜150MPa程度の圧力で成形
する方法を例示することができる。また必要に応じてさ
らに等方静水圧プレスにより、100〜350MPa程度の圧力
で成形することができる。
If necessary, the raw material may be pressure-molded at a predetermined temperature for a predetermined time before being calcined or fired. The pressure molding method of the raw material or the raw material calcined and crushed is
A known method can be used without particular limitation,
For example, a method of molding with a die press at a pressure of about 40 to 150 MPa can be exemplified. If necessary, it can be further molded by an isotropic hydrostatic press at a pressure of about 100 to 350 MPa.

【0031】(2)薄膜形成法:本発明の化合物は、気
相から金属酸化物薄膜を析出させるための公知の方法に
おいて、所望の組成となるように適宜原料などを選択す
ることにより薄膜として製造することができる。本発明
の化合物の薄膜は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、
イオンプレーティング法等のPVD法、熱CVD法、プラズマ
CVD法、レーザーCVD法などのCVD法、溶射法などの薄膜
形成法により製造することができる。
(2) Thin film forming method: The compound of the present invention is used as a thin film in a known method for precipitating a metal oxide thin film from a gas phase by appropriately selecting raw materials so as to obtain a desired composition. It can be manufactured. The thin film of the compound of the present invention is, for example, a vacuum vapor deposition method, a sputtering method,
PVD method such as ion plating method, thermal CVD method, plasma
It can be manufactured by a CVD method such as a CVD method or a laser CVD method, or a thin film forming method such as a thermal spraying method.

【0032】本発明の化合物からなる酸化物イオン導電
体を電解質として使用することにより、広い温度範囲に
おいて作動することができる固体酸化物型燃料電池を提
供することができる。
By using the oxide ion conductor comprising the compound of the present invention as the electrolyte, it is possible to provide a solid oxide fuel cell which can operate in a wide temperature range.

【0033】固体酸化物型燃料電池は、電解質および電
解質に接触するように設置される電極(アノードおよび
カソード)を備えている。電解質のアノード側に燃料
(例えば、水素、天然ガス、メタノール、石炭ガス化ガ
スなど)を供給し、カソード側に空気(酸素)を供給す
ることにより、カソード側に供給された酸素がカソード
から電子を受け取って酸化物イオンとなり、この酸化物
イオンが電解質中を拡散し、アノード側に達し、アノー
ド側に供給された燃料と反応する。このとき酸化物イオ
ンから電子が離れて外部回路の負荷を通り、カソードに
達する。
The solid oxide fuel cell comprises an electrolyte and electrodes (anode and cathode) placed in contact with the electrolyte. By supplying fuel (for example, hydrogen, natural gas, methanol, coal gasification gas, etc.) to the anode side of the electrolyte and supplying air (oxygen) to the cathode side, the oxygen supplied to the cathode side is converted into electrons from the cathode. To become oxide ions, the oxide ions diffuse in the electrolyte, reach the anode side, and react with the fuel supplied to the anode side. At this time, electrons leave the oxide ions, pass through the load of the external circuit, and reach the cathode.

【0034】固体酸化物型燃料電池としては、例えば、
平板状の電解質層の両面の一方にアノード層、他方にカ
ソード層を形成した構造を有し、セパレータを介して順
次積層したスタックを構成して使用する平板型固体酸化
物型燃料電池、円筒状の支持管の円筒面上にカソード
層、電解質層およびアノード層を順次形成し、積層させ
た構造を有する円筒型固体酸化物型燃料電池などを例示
することができる。本発明の酸化物イオン導電体は、い
ずれの形式の固体酸化物型燃料電池の電解質としても使
用することができる。
As the solid oxide fuel cell, for example,
A flat-plate solid oxide fuel cell, which has a structure in which an anode layer is formed on one side of a flat electrolyte layer and a cathode layer is formed on the other side, and is used by forming a stack that is sequentially laminated with a separator, cylindrical A cylindrical solid oxide fuel cell or the like having a structure in which a cathode layer, an electrolyte layer and an anode layer are sequentially formed on the cylindrical surface of the supporting tube and are laminated can be exemplified. The oxide ion conductor of the present invention can be used as an electrolyte of any type of solid oxide fuel cell.

【0035】電解質層の厚さは、固体酸化物型燃料電池
に要求される特性、電解質層に要求される機械的強度、
電解質として使用する酸化物イオン導電体の導電率等を
考慮して、適宜選定することができ、特に限定はない
が、一般的には1mm以下程度であり、好ましくは5μm以
上程度である。本発明の酸化物イオン導電体を電解質と
して用いる場合には、例えば、層状とすればよい。電解
質層とするために方法として、例えば、公知のセラミッ
クプロセスであるシート成形焼結法を例示することがで
きる。より具体的には、原料および溶媒を混合すること
によって得たスラリーをシート状に延ばし、乾燥させた
後に、必要に応じてカッターナイフなどを用いて成形
し、焼成する。スラリーには、必要に応じて、バインダ
ー、可塑剤、分散剤などの公知の添加剤を添加してもよ
い。成形、焼成などの条件は、原料の組成に応じて適宜
設定することができる。または、PVD法、CVD法、溶射法
などの薄膜形成法により、例えばガス透過性の多孔質基
板上に電解質層を形成することができる。
The thickness of the electrolyte layer depends on the characteristics required for the solid oxide fuel cell, the mechanical strength required for the electrolyte layer,
It can be appropriately selected in consideration of the conductivity of the oxide ion conductor used as the electrolyte and is not particularly limited, but is generally about 1 mm or less, preferably about 5 μm or more. When the oxide ion conductor of the present invention is used as an electrolyte, it may be formed into a layer, for example. As a method for forming the electrolyte layer, for example, a sheet forming sintering method which is a known ceramic process can be exemplified. More specifically, the slurry obtained by mixing the raw materials and the solvent is spread into a sheet shape, dried, and then, if necessary, molded using a cutter knife or the like and baked. Known additives such as a binder, a plasticizer, and a dispersant may be added to the slurry, if necessary. Conditions such as molding and firing can be appropriately set according to the composition of the raw material. Alternatively, the electrolyte layer can be formed on a gas permeable porous substrate by a thin film forming method such as a PVD method, a CVD method, or a thermal spraying method.

【0036】アノード、カソードなどの電解質以外の部
分は、公知のものを用いることができる。アノードとし
ては、例えば、気孔率30%程度の多孔質体で、燃料中で
安定な電子伝導体材料を例示できる。カソードとして
は、例えば、気孔率30%程度の多孔質体で、空気中で安
定な電子伝導体材料を例示できる。電極として多孔質体
を使用することにより、電解質/電極/気相(燃料、酸
素)の3相界面で反応を行わせることができる。また、3
相界面の面積を大きくすることにより、反応場を大きく
することができる。
As the parts other than the electrolyte such as the anode and the cathode, known ones can be used. The anode may be, for example, a porous material having a porosity of about 30% and an electron conductor material stable in fuel. As the cathode, for example, a porous material having a porosity of about 30% and an electron conductor material stable in air can be exemplified. By using a porous body as the electrode, the reaction can be carried out at the three-phase interface of electrolyte / electrode / gas phase (fuel, oxygen). Also, 3
The reaction field can be increased by increasing the area of the phase interface.

【0037】アノードとしては、例えば、NiとY2O3安定
化ZrO2との複合材料(Ni-YSZサーメット)、NiとSm2O3
添加CeO2との複合材料(Ni-SDCサーメット)などを使用
することができる。カソードとしては、例えば、(LaS
r)MnO3系、(LaSr)CoO3系の材料などを使用すること
ができる。
As the anode, for example, a composite material of Ni and Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 (Ni-YSZ cermet), Ni and Sm 2 O 3 are used.
A composite material with added CeO 2 (Ni-SDC cermet) or the like can be used. As the cathode, for example, (LaS
Materials such as r) MnO 3 series and (LaSr) CoO 3 series can be used.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明の化合物は、低温域においても相
転移による導電率の急激な低下が生じず、酸化物イオン
導電体として広い温度範囲において良好な導電性を有す
る。
Industrial Applicability The compound of the present invention does not cause a sharp decrease in conductivity due to a phase transition even in a low temperature range, and has good conductivity in a wide temperature range as an oxide ion conductor.

【0039】また、本発明の化合物は、耐久性に優れて
いる。
Further, the compound of the present invention has excellent durability.

【0040】本発明の化合物からなる酸化物イオン導電
体は、広い温度範囲において動作させることができる固
体酸化物型燃料電池の電解質として有用なうえ、酸素セ
ンサー、酸素ポンプなどとしても活用することができ
る。
The oxide ion conductor comprising the compound of the present invention is useful as an electrolyte of a solid oxide fuel cell which can be operated in a wide temperature range, and can also be utilized as an oxygen sensor, an oxygen pump, and the like. it can.

【0041】[0041]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより具体的に説明する。本発明は、以下の実施
例に制限されるものではない。
EXAMPLES Examples of the present invention will be given below together with comparative examples.
The present invention will be described more specifically. The present invention is not limited to the examples below.

【0042】実施例1〜3 (Ba2(In1-x-yYbxGay2O5) 得られる化合物の組成が表1に示す組成となるように、B
aCO3(純度99.99%)、In2O3(純度99.9%)、Yb2O3(純
度99.9%)およびGa2O3(純度99.99%)を秤量し、ボール
ミルによりエタノール中で5時間混合した後にろ過によ
りエタノールを除去し、得られた粉末を100℃で乾燥し
た。この原料混合粉末を127MPaの圧力で加圧成形した後
に、1200℃で10時間か焼し、さらに粉砕、加圧成形(12
7MPa)した後に、1400℃で20時間焼成を行って焼結体
(Ba2(In1-x-yYbxGay2O5)を得た。
Examples 1 to 3 (Ba 2 (In 1-xy Yb x Ga y ) 2 O 5 ) B so that the composition of the obtained compound becomes the composition shown in Table 1
aCO 3 (purity 99.99%), In 2 O 3 (purity 99.9%), Yb 2 O 3 (purity 99.9%) and Ga 2 O 3 (purity 99.99%) were weighed and mixed in ethanol by a ball mill for 5 hours. After that, ethanol was removed by filtration, and the obtained powder was dried at 100 ° C. This raw material mixed powder was pressure-molded at a pressure of 127 MPa, then calcined at 1200 ° C. for 10 hours, further crushed and pressure-molded (12
7 MPa) was followed to obtain a sintered body for 20 hours baking at 1400 ° C. the (Ba 2 (In 1-xy Yb x Ga y) 2 O 5).

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】実施例4〜6 (Ba2(In1-x-yYxGay)2O5) 得られる化合物の組成が表2に示す組成となるように、B
aCO3(純度99.99%)、In2O3(純度99.9%)、Y2O3(純度
99.9%)およびGa2O3(純度99.99%)を秤量した以外は、
実施例1と同様の方法に従って、焼結体(Ba2(In1-x-yYx
Gay)2O5)を得た。
Examples 4 to 6 (Ba 2 (In 1-xy Y x Ga y ) 2 O 5 ) B so that the composition of the obtained compound becomes the composition shown in Table 2
aCO 3 (Purity 99.99%), In 2 O 3 (Purity 99.9%), Y 2 O 3 (Purity
99.9%) and Ga 2 O 3 (purity 99.99%)
According to the same method as in Example 1, the sintered body (Ba 2 (In 1-xy Y x
Was obtained Ga y) 2 O 5).

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】実施例7〜9 (Ba2(In1-x-yGdxGay)2O5) 得られる化合物の組成が表3に示す組成とになるよう
に、BaCO3(純度99.99%)、In2O3(純度99.9%)、Gd2O3
(純度99.9%)およびGa2O3(純度99.99%)を秤量した以
外は、実施例1と同様の方法に従って、焼結体(Ba2(In
1-x-yGdxGay)2O5)を得た。
Examples 7 to 9 (Ba 2 (In 1-xy Gd x Ga y ) 2 O 5 ) BaCO 3 (purity 99.99%), so that the composition of the obtained compound is as shown in Table 3. In 2 O 3 (purity 99.9%), Gd 2 O 3
(Purity 99.9%) and Ga 2 O 3 (purity 99.99%) were weighed, and the sintered body (Ba 2 (In
1-xy Gd x Ga y) 2 O 5) was obtained.

【0047】[0047]

【表3】 [Table 3]

【0048】実施例10〜12 (Ba2(In1-x-ySmxGay)2O5) 得られる化合物の組成が表4に示す組成となるように、B
aCO3(純度99.99%)、In2O3(純度99.9%)、Sm2O3(純
度99.9%)をGa2O3(純度99.99%)を秤量した以外は、実
施例1と同様の方法に従って焼結体(Ba2(In1-x-ySmxG
ay)2O5)を得た。
Examples 10 to 12 (Ba 2 (In 1-xy Sm x Ga y ) 2 O 5 ) B so that the composition of the obtained compound is the composition shown in Table 4
aCO 3 (purity 99.99%), In 2 O 3 (purity 99.9%), Sm 2 O 3 (purity 99.9%) and Ga 2 O 3 (purity 99.99%) were weighed in the same manner as in Example 1. According to the sintered body (Ba 2 (In 1-xy Sm x G
a y ) 2 O 5 ) was obtained.

【0049】[0049]

【表4】 [Table 4]

【0050】比較例1 (Ba2In2O5) 得られる化合物の組成がBa2In2O5となるように、BaCO3
(純度99.99%)およびIn2O3(純度99.9%)を秤量し、ボ
ールミルによりエタノール中で5時間混合した後にろ過
によりエタノールを除去し、得られた粉末を100℃で乾
燥した。この原料混合粉末を127MPaの圧力で加圧成形し
た後に、1000℃で24時間か焼し、さらに粉砕、加圧成形
(127MPa)した後に、1300℃で20時間焼成を行って焼結
体(Ba2In2O 5)を得た。
Comparative Example 1 (Ba2In2OFive) The composition of the obtained compound is Ba2In2OFiveSo BaCO3
(Purity 99.99%) and In2O3(Purity 99.9%) is weighed and
After mixing in ethanol for 5 hours with a mill, filter
Ethanol was removed with and the resulting powder was dried at 100 ° C.
Dried This raw material mixed powder was pressure-molded at a pressure of 127 MPa.
After calcination at 1000 ℃ for 24 hours, crushing and pressure molding
(127MPa), then calcination at 1300 ℃ for 20 hours to sinter
Body (Ba2In2O Five) Got.

【0051】比較例2および3 (Ba2(In1-x-yYbxGay2
O5) 得られる化合物の組成が表5に示す組成になるように、
BaCO3(純度99.99%)、In2O3(純度99.9%)、Yb2O3(純
度99.9%)およびGa2O3(純度99.99%)を秤量した以外
は、実施例1と同様の方法に従って、焼結体(Ba2(In
1-x-yYbxGay)2O5)を得た。
Comparative Examples 2 and 3 (Ba 2 (In 1-xy Yb x Ga y ) 2
O 5 ), so that the composition of the obtained compound becomes the composition shown in Table 5,
BaCO 3 (purity 99.99%), In 2 O 3 (purity 99.9%), Yb 2 O 3 (purity 99.9%) and Ga 2 O 3 (purity 99.99%) were weighed in the same manner as in Example 1. According to the sintered body (Ba 2 (In
1-xy Yb x Ga y) 2 O 5) was obtained.

【0052】[0052]

【表5】 [Table 5]

【0053】比較例4および5 (Ba2(In1-x-yYxGay)2O5) 得られる化合物の組成が表6に示す組成になるようにBa
CO3(純度99.99%)、In2O3(純度99.9%)、Y2O3(純度9
9.9%)およびGa2O3(純度99.99%)を秤量した以外は、
実施例1と同様の方法に従って焼結体(Ba2(In1-x-yYxGa
y)2O5)を得た。
Comparative Examples 4 and 5 (Ba 2 (In 1-xy Y x Ga y ) 2 O 5 ) Ba so that the composition of the obtained compound becomes the composition shown in Table 6
CO 3 (Purity 99.99%), In 2 O 3 (Purity 99.9%), Y 2 O 3 (Purity 9
9.9%) and Ga 2 O 3 (purity 99.99%)
According to the same method as in Example 1, the sintered body (Ba 2 (In 1-xy Y x Ga
y ) 2 O 5 ) was obtained.

【0054】[0054]

【表6】 [Table 6]

【0055】比較例6および7 (Ba2(In1-x-yGdxGay)2O5) 得られる化合物の組成が表7に示す組成となるように、
BaCO3(純度99.99%)、In2O3(純度99.9%)、Gd2O3(純
度99.9%)およびGa2O3(純度99.99%)を秤量した以外
は、実施例1と同様の方法に従って焼結体(Ba2(In1-x-y
GdxGay)2O5)を得た。
Comparative Examples 6 and 7 (Ba 2 (In 1-xy Gd x Ga y ) 2 O 5 ), so that the composition of the obtained compound is as shown in Table 7.
BaCO 3 (purity 99.99%), In 2 O 3 (purity 99.9%), Gd 2 O 3 (purity 99.9%) and Ga 2 O 3 (purity 99.99%) were weighed in the same manner as in Example 1. According to (Ba 2 (In 1-xy
Gd x Ga y) 2 O 5 ) was obtained.

【0056】[0056]

【表7】 [Table 7]

【0057】比較例8および9 (Ba2(In1-x-ySmxGay)2O5) 得られる化合物の組成が表8に示す組成となるようにBa
CO3(純度99.99%)、In2O3(純度99.9%)、Sm2O3(純度
99.9%)およびGa2O3(純度99.99%)を秤量した以外は、
実施例1と同様の方法に従って焼結体(Ba2(In1-x-ySmxG
ay)2O5)を得た。
Comparative Examples 8 and 9 (Ba 2 (In 1-xy Sm x Ga y ) 2 O 5 ) Ba so that the composition of the obtained compound is the composition shown in Table 8
CO 3 (purity 99.99%), In 2 O 3 (purity 99.9%), Sm 2 O 3 (purity
99.9%) and Ga 2 O 3 (purity 99.99%)
According to the same method as in Example 1, the sintered body (Ba 2 (In 1-xy Sm x G
a y ) 2 O 5 ) was obtained.

【0058】[0058]

【表8】 [Table 8]

【0059】実施例13 (導電率の測定) 実施例1〜12で得られた焼結体を厚さ2mmに研削し、表面
研磨を施した後に両面に白金ペーストを塗布し、1000℃
において3時間電極焼付け処理を施した後、交流2端子法
(印加交流電圧:100mV、周波数:10MHz〜100Hz、大気
中)により様々な温度において複素インピーダンスを測
定し、全導電率を求めた。
Example 13 (Measurement of Electrical Conductivity) The sintered bodies obtained in Examples 1 to 12 were ground to a thickness of 2 mm, surface-polished, and then platinum paste was applied to both surfaces thereof to 1000 ° C.
After conducting electrode baking treatment for 3 hours, the complex impedance was measured at various temperatures by the AC two-terminal method (applied AC voltage: 100 mV, frequency: 10 MHz to 100 Hz, in air), and the total conductivity was obtained.

【0060】比較例10(導電率の測定) 焼結体として比較例1〜9において得られた焼結体を用い
た以外は、実施例13と同様の方法により、全導電率を
求めた。
Comparative Example 10 (Measurement of Electrical Conductivity) The total electrical conductivity was obtained by the same method as in Example 13 except that the sintered bodies obtained in Comparative Examples 1 to 9 were used.

【0061】実施例1〜3および比較例1の結果を図1に、
実施例4〜6および比較例1の結果を図2に、実施例7〜9お
よび比較例1の結果を図3に、実施例10〜12および比較例
1の結果を図4に示した。また、実施例3および比較例1〜
3の結果を図5に、実施例6および比較例1、4、5の結果を
図6に、実施例9および比較例1、6、7の結果を図7に、実
施例12および比較例1、8、9の結果を図8に示した。
The results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are shown in FIG.
The results of Examples 4 to 6 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 2, the results of Examples 7 to 9 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 3, and Examples 10 to 12 and Comparative Example are shown.
The result of 1 is shown in FIG. In addition, Example 3 and Comparative Examples 1 to
The results of 3 in Figure 5, the results of Example 6 and Comparative Examples 1, 4, 5 in Figure 6, the results of Example 9 and Comparative Examples 1, 6, 7 in Figure 7, Example 12 and Comparative Examples The results of 1, 8, and 9 are shown in FIG.

【0062】なお、図中の「9-YSZ」は、Y安定化ジルコ
ニア(Yttria-stabilized zirconia)である(Y2O3)0.09(Z
rO2)0.91の導電率の温度変化を示し、「13-CSZ」は、Ca安
定化ジルコニア(Ca-stabilized zirconia)である(CaO)
0.13(ZrO2)0.87の導電率の温度変化を示す。
“9-YSZ” in the figure is Y-stabilized zirconia (Y 2 O 3 ) 0.09 (Z
rO 2 ) shows a temperature change of the conductivity of 0.91 "13-CSZ" is Ca-stabilized zirconia (Ca-stabilized zirconia) (CaO)
The temperature change of the conductivity of 0.13 (ZrO 2 ) 0.87 is shown.

【0063】図1〜4から明らかなように、Ba2In2O5(比
較例1)が相転移による急激な導電率の変化を示すのに
対し、Ba2(In1-x-yLxGay)2O5(LはYb、Y、Gd、Smのいず
れか、実施例1〜12)では、高温領域でBa2In2O5(比較
例1)よりも若干導電率が低下したものの、相転移によ
る導電率の変化はみられず、低温領域であっても高い導
電率を示した。
As is clear from FIGS. 1 to 4, while Ba 2 In 2 O 5 (Comparative Example 1) shows a rapid change in conductivity due to a phase transition, Ba 2 (In 1-xy L x Ga) y ) 2 O 5 (L is any of Yb, Y, Gd, and Sm, Examples 1 to 12) has a slightly lower conductivity than Ba 2 In 2 O 5 (Comparative Example 1) in the high temperature region, , No change in conductivity due to phase transition was observed, and high conductivity was exhibited even in the low temperature region.

【0064】図5から明らかなように、Inより大きいイ
オン(Yb)と小さいイオン(Ga)の加重平均イオン半径
が所定の範囲外となる場合(比較例2、3)よりも、Ybと
Gaの加重平均イオンがInのイオン半径とほぼ等しくなる
場合(実施例3)の方が、優れた導電率を示した。図6〜
8においても同様の傾向が確認できた。
As is clear from FIG. 5, the value of Yb is larger than that of the case where the weighted average ion radii of ions larger than In (Yb) and small ions (Ga) are outside the predetermined range (Comparative Examples 2 and 3).
When the weighted average ion of Ga was almost equal to the ion radius of In (Example 3), excellent conductivity was exhibited. Figure 6 ~
A similar tendency was confirmed in No. 8.

【0065】また、実施例の化合物は、加重平均イオン
半径が所定の範囲外の化合物に比して、耐久性に優れて
いる。
Further, the compounds of Examples are excellent in durability as compared with the compounds having a weighted average ionic radius outside the predetermined range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】比較例1および実施例1〜3で製造したBa2(In
1-x-yYbxGay)2O5の導電率の温度依存性を表すグラフで
ある。実施例1〜3では、加重平均イオン半径が所定の範
囲となるように設定し、x+yの値を変化させた。図中の
記号は、以下の通りである。○:実施例1、△:実施例
2、□:実施例3、実線:比較例1。
FIG. 1 shows Ba 2 (In) produced in Comparative Example 1 and Examples 1 to 3.
Is a graph showing the temperature dependence of the 1-xy Yb x Ga y) conductivity of 2 O 5. In Examples 1 to 3, the weighted average ion radius was set to fall within a predetermined range, and the value of x + y was changed. The symbols in the figure are as follows. ○: Example 1, △: Example
2, □: Example 3, solid line: Comparative Example 1.

【図2】比較例1および実施例4〜6で製造したBa2(In
1-x-yYxGay)2O5の導電率の温度依存性を表すグラフであ
る。実施例4〜6では、加重平均イオン半径が所定の範囲
内となるように設定し、x+yの値を変化させた。図中の
記号は、以下の通りである。○:実施例4、△:実施例
5、□:実施例6、実線:比較例1。
FIG. 2 shows Ba 2 (In) produced in Comparative Example 1 and Examples 4 to 6.
Is a graph showing the temperature dependence of the 1-xy Y x Ga y) conductivity of 2 O 5. In Examples 4 to 6, the weighted average ion radius was set within a predetermined range, and the value of x + y was changed. The symbols in the figure are as follows. ◯: Example 4, Δ: Example
5, □: Example 6, solid line: Comparative Example 1.

【図3】比較例1および実施例7〜9で製造したBa2(In
1-x-yGdxGay)2O5の導電率の温度依存性を表すグラフで
ある。実施例7〜9では、加重平均イオン半径が所定の範
囲内となるように設定し、x+yの値を変化させた。図中
の記号は、以下の通りである。○:実施例7、△:実施
例8、□:実施例9、実線:比較例1。
FIG. 3 shows the Ba 2 (In) produced in Comparative Example 1 and Examples 7 to 9.
It is a graph showing the temperature dependence of the 1-xy Gd x Ga y) conductivity of 2 O 5. In Examples 7 to 9, the weighted average ion radius was set within a predetermined range, and the value of x + y was changed. The symbols in the figure are as follows. ◯: Example 7, Δ: Example 8, □: Example 9, solid line: Comparative Example 1.

【図4】比較例1および実施例10〜12で製造したBa2(In
1-x-ySmxGay)2O5の導電率の温度依存性を表すグラフで
ある。実施例10〜12では、加重平均イオン半径が所定の
範囲内となるように設定し、x+yの値を変化させた。図
中の記号は、以下の通りである。○:実施例10、△:実
施例11、□:実施例12、実線:比較例1。
FIG. 4 shows Ba 2 (In) produced in Comparative Example 1 and Examples 10-12.
Is a graph showing the temperature dependence of the 1-xy Sm x Ga y) conductivity of 2 O 5. In Examples 10 to 12, the weighted average ion radius was set to be within a predetermined range, and the value of x + y was changed. The symbols in the figure are as follows. ◯: Example 10, Δ: Example 11, □: Example 12, solid line: Comparative Example 1.

【図5】比較例1〜3および実施例3で製造したBa2(In
1-x-yYbxGay)2O5の導電率の温度依存性を表すグラフで
ある。x+y=0.3とし、xとyの比を変化させた。図中の記
号は、以下の通りである。○:比較例2、△:比較例3、
□:実施例3、実線:比較例1。
FIG. 5: Ba 2 (In) produced in Comparative Examples 1 to 3 and Example 3
Is a graph showing the temperature dependence of the 1-xy Yb x Ga y) conductivity of 2 O 5. The ratio of x and y was changed with x + y = 0.3. The symbols in the figure are as follows. ◯: Comparative example 2, Δ: Comparative example 3,
□: Example 3, solid line: Comparative example 1.

【図6】比較例1、4、5および実施例6で製造したBa2(In
1-x-yYxGay)2O5の導電率の温度依存性を表すグラフであ
る。x+y=0.3とし、xとyの比を変化させた。図中の記号
は、以下の通りである。○:比較例4、△:実施例6、
□:比較例5、実線:比較例1。
6] Ba 2 (In produced in Comparative Examples 1, 4, 5 and Example 6
Is a graph showing the temperature dependence of the 1-xy Y x Ga y) conductivity of 2 O 5. The ratio of x and y was changed with x + y = 0.3. The symbols in the figure are as follows. ◯: Comparative example 4, Δ: Example 6,
□: Comparative example 5, solid line: Comparative example 1.

【図7】比較例1、6、7および実施例9で製造したBa2(In
1-x-yGdxGay)2O5の導電率の温度依存性を表すグラフで
ある。x+y=0.3とし、xとyの比を変化させた。図中の記
号は、以下の通りである。○:比較例6、△:実施例9、
□:比較例7、実線:比較例1。
FIG. 7: Ba 2 (In prepared in Comparative Examples 1, 6, and 7 and Example 9)
It is a graph showing the temperature dependence of the 1-xy Gd x Ga y) conductivity of 2 O 5. The ratio of x and y was changed with x + y = 0.3. The symbols in the figure are as follows. ◯: Comparative example 6, Δ: Example 9,
□: Comparative example 7, solid line: Comparative example 1.

【図8】比較例1、8、9および実施例12で製造したBa2(I
n1-x-ySmxGay)2O5の導電率の温度依存性を表すグラフで
ある。x+y=0.3とし、xとyの比を変化させた。図中の記
号は、以下の通りである。○:比較例8、△:実施例1
2、□:比較例9、実線:比較例1。
FIG. 8: Ba 2 (I prepared in Comparative Examples 1, 8 and 9 and Example 12)
n 1-xy Sm x Ga y ) is a graph showing the temperature dependence of the electrical conductivity of 2 O 5. The ratio of x and y was changed with x + y = 0.3. The symbols in the figure are as follows. ◯: Comparative example 8, Δ: Example 1
2, □: Comparative example 9, solid line: Comparative example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G030 AA10 AA11 AA12 AA34 AA36 BA03 5G301 CA02 CA12 CA15 CA26 CD01 5H026 AA06 CX05 HH00 HH06 HH08   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 4G030 AA10 AA11 AA12 AA34 AA36                       BA03                 5G301 CA02 CA12 CA15 CA26 CD01                 5H026 AA06 CX05 HH00 HH06 HH08

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式(1): Ba2(In1-x-yLxMy)2O5 (1) [式中、Lは6配位のイオン半径が0.8より大きい3価の
カチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種を示
し、Mは6配位のイオン半径が0.8より小さい3価のカチ
オンからなる群から選ばれる少なくとも1種を示し、Lと
Mの加重平均イオン半径が0.785〜0.805Åであり、xは
0.05〜0.5であり、yは0.05〜0.5であり、且つx+y≦0.6
である]で表される化合物。
1. A general formula (1): Ba 2 (In 1-xy L x M y) 2 O 5 (1) [ wherein, L is the ionic radius greater than 0.8 trivalent 6 coordinating cations At least one selected from the group consisting of M, at least one selected from the group consisting of trivalent cations having a hexacoordinated ionic radius of less than 0.8, and L and
The weighted average ion radius of M is 0.785 to 0.805Å, and x is
0.05 to 0.5, y is 0.05 to 0.5, and x + y ≦ 0.6
The compound represented by.
【請求項2】 Lが、IIIa族元素およびIIIb族元素から
なる群から選択される少なくとも1種の元素の3価のカチ
オンであり、且つMが、IIIa族元素、IIIb族元素および
遷移金属元素からなる群から選択される少なくとも1種
の元素の3価のカチオンである請求項1に記載の化合物。
2. L is a trivalent cation of at least one element selected from the group consisting of group IIIa elements and group IIIb elements, and M is group IIIa element, group IIIb element and transition metal element. The compound according to claim 1, which is a trivalent cation of at least one element selected from the group consisting of:
【請求項3】Lの6配位におけるイオン半径が、0.8Åよ
り大きく1.1Å以下であり、Mの6配位におけるイオン半
径が、0.5Å以上であり0.8Åより小さい請求項1または
2に記載の化合物。
3. The ionic radius in 6-coordinate of L is larger than 0.8 Å and 1.1 Å or less, and the ionic radius in 6-coordinate of M is 0.5 Å or more and smaller than 0.8 Å. The described compound.
【請求項4】Lが、Yb3+、Y3+、Gd3+およびSm3+からな
る群から選択される少なくとも1種であり、Mが、Ga3+
および/またはAl3+である請求項1に記載の化合物。
4. L is at least one selected from the group consisting of Yb 3+ , Y 3+ , Gd 3+ and Sm 3+ , and M is Ga 3+.
The compound according to claim 1, which is and / or Al 3+ .
【請求項5】xが、0.05〜0.3であり、yが0.05〜0.3であ
る請求項1〜4のいずれかに記載の化合物。
5. The compound according to any one of claims 1 to 4, wherein x is 0.05 to 0.3 and y is 0.05 to 0.3.
【請求項6】500〜1000℃において相変化を示さない請
求項1〜5のいずれかに記載の化合物。
6. The compound according to any one of claims 1 to 5, which exhibits no phase change at 500 to 1000 ° C.
【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載の化合物から
なる酸化物イオン導電体。
7. An oxide ion conductor comprising the compound according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】1000℃における導電率の値(σ1000)の対
数(logσ1000)が-2.5以上であり、500℃における導電
率の値(σ500)の対数(logσ500)が-4.5以上である
請求項7に記載の酸化物イオン導電体。
Logarithm of the conductivity at 8. 1000 ℃ (σ 1000) (logσ 1000) is not less -2.5 or more, the logarithm of the conductivity at 500 ° C. The value (σ 500) (logσ 500) is -4.5 or more 8. The oxide ion conductor according to claim 7, which is
【請求項9】請求項7または8に記載の酸化物イオン導電
体を電解質として備えた固体酸化物型燃料電池。
9. A solid oxide fuel cell comprising the oxide ion conductor according to claim 7 or 8 as an electrolyte.
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