JP2011037662A - イオン伝導性配向セラミックスの製造方法およびそのイオン伝導体を用いた燃料電池 - Google Patents
イオン伝導性配向セラミックスの製造方法およびそのイオン伝導体を用いた燃料電池 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】ランタノイドの酸化物粉末とSi又はGeの少なくとも一方の酸化物粉末とを含む酸化物原料を混合する「酸化物原料混合工程S1」と、混合した前記酸化物原料を加熱溶融させて液体状態とし、これをキャストした後、急冷してガラス状物を得る「溶融ガラス化工程S2」と、前記ガラス状物を800〜1400℃で熱処理して結晶化させる「結晶化工程S3」とを有することを特徴とするイオン伝導性配向セラミックスの製造方法である。
【選択図】図1
Description
(1)ランタノイドの酸化物粉末とSi又はGeの少なくとも一方の酸化物粉末とを含む酸化物原料を混合する酸化物原料混合工程S1と、
(2)混合した前記酸化物原料を加熱溶融させて液体状態とし、これをキャストした後、急冷してガラス状物Gを得る溶融ガラス化工程S2と、
(3)前記ガラス状物Gを800〜1400℃で熱処理して結晶化させる結晶化工程S3とを有する
(4)ことを特徴とするイオン伝導性配向セラミックスの製造方法である。
(RE9.33+x-αAEα)(T6.00-yMm+ y)O26.00+[3x-(4-m)y-α]/2 …(1)
(但し、RE;ランタノイドの中から選ばれる少なくとも一つの元素、AE;アルカリ土類金属の中から選ばれる少なくとも一つの元素、T;Si又はGeの少なくとも一方の元素、M;Mg,Al,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Zn,Ga,Zr,Mo,Sn,Ta,W,P,Nbの中から選ばれる少なくとも一つの元素、-8.33≦x≦2.67、0.0≦y≦2.0、0.0≦α≦2.0)
(RE9.33+x-αAEα)(T6.00-yMm+ y)O26.00+[3x-(4-m)y-α]/2 …(1)
(但し、RE;ランタノイドの中から選ばれる少なくとも一つの元素、AE;アルカリ土類金属の中から選ばれる少なくとも一つの元素、T;Si又はGeの少なくとも一方の元素、M;Mg,Al,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Zn,Ga,Zr,Mo,Sn,Ta,W,P,Nbの中から選ばれる少なくとも一つの元素、-8.33≦x≦2.67、0.0≦y≦2.0、0.0≦α≦2.0)
ガラス状物の組成として20CaO−10Al2O3−60SiO2−10La2O3(mol%)となるように各酸化物原料を調製し、白金るつぼ中で1400〜1700℃の温度範囲で加熱して溶融させた状態から炭素板(グラファイト板)上にキャストして平板状に広げて急冷し、その後徐冷して目的とするガラス状物を作製した。ここで用いている酸化物原料から予想される完成したガラス状物の組成はCa1.5La1.5Si4.5Al1.5O15(或いはCa5La5Si15Al5O50)となり、イオン伝導体としての最適なセラミックス組成(一例としてLa10Si5.8Al0.2O26.9)とは異なっている。具体的にはLaが不足した組成となるが、これは一旦ガラス状物を経由する本プロセスを採用する以上、現状ではやむを得ない。
厚さ0.4mmのイオン伝導性配向セラミックスをイオン伝導体として固体電解質に採用すると共に、両電極に白金を用いて、図4に示すようなSOFC単セルを組み立てて発電特性の評価を行った。図5に当該SOFC単セルの出力特性を示す。
12…外囲器
14…載置台
14a…アルミナボート
14b…多孔質アルミナ
16…アルミナチューブ
G…ガラス状物
H…ヒータ
Claims (4)
- ランタノイドの酸化物粉末とSi又はGeの少なくとも一方の酸化物粉末とを含む酸化物原料を混合する酸化物原料混合工程と、
混合した前記酸化物原料を加熱溶融させて液体状態とし、これをキャストした後、急冷してガラス状物を得る溶融ガラス化工程と、
前記ガラス状物を800〜1400℃で熱処理して結晶化させる結晶化工程とを有することを特徴とするイオン伝導性配向セラミックスの製造方法。 - 前記酸化物原料が組成式(1)の組成を持つオキシアパタイトを生成するものであることを特徴とする請求項1に記載のイオン伝導性配向セラミックスの製造方法。
(RE9.33+x-αAEα)(T6.00-yMm+ y)O26.00+[3x-(4-m)y-α]/2 …(1)
(但し、RE;ランタノイドの中から選ばれる少なくとも一つの元素、AE;アルカリ土類金属の中から選ばれる少なくとも一つの元素、T;Si又はGeの少なくとも一方の元素、M;Mg,Al,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Zn,Ga,Zr,Mo,Sn,Ta,W,P,Nbの中から選ばれる少なくとも一つの元素、-8.33≦x≦2.67、0.0≦y≦2.0、0.0≦α≦2.0) - 前記結晶化工程が酸素雰囲気規制下で行われることを特徴とする請求項1又は2に記載のイオン伝導性配向セラミックスの製造方法。
- 請求項1乃至3の何れかに記載の方法で製造されたイオン伝導性配向セラミックスをイオン伝導体として固体電解質に用いたことを特徴とする燃料電池。
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