JP2014505962A - チタン酸ナトリウムを基礎とするナトリウムイオン伝導体 - Google Patents
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Abstract
Description
ナトリウム−硫黄電池は、通例は、十分な伝導性と十分なナトリウムイオンの輸送ならびに反応物(硫黄、ナトリウムイオンおよび電子)の間の十分な接触を保証するために、硫黄およびナトリウムが液状となる温度(約300℃)で作動される。カソード材料としては、かかる高温のナトリウム−硫黄電池の場合には、通常は、硫黄−黒鉛複合材料が使用される。
本発明の対象は、チタン酸ナトリウムを含むナトリウムイオン伝導体である。
Na2TiIV n-xTiIII xO2n+1-x/2:MO
[式中、2≦n≦10および0≦x≦nであり、かつMOは、Na2O、Li2O、MgO、CaO、BaO、MnO、ZnO、FeO、Ti2O3、Al2O3、Ga2O3、Nb2O3、Mn2O3、Fe2O3、ZrO2、MnO2、SiO2、Nb2O5、Ta2O5およびBi2O5からなる群から選択される1もしくは複数の異種原子酸化物を表し、または異種原子酸化物を表さない、つまりNa2TiIV n-xTiIII xO2n+1-x/2(2≦n≦10および0≦x≦n)]のチタン酸ナトリウムを含む。特に、前記のナトリウムイオン伝導体は、かかるチタン酸ナトリウムから形成されていてよい。かかるチタン酸ナトリウムは、ナトリウムイオンおよび電子を伝導する固体電解質として好ましいと見なされている。
Na2TiIV nO2n+1:MO
[式中、2≦n≦10であり、かつMOは、Na2O、Li2O、MgO、CaO、BaO、MnO、ZnO、FeO、Ti2O3、Al2O3、Ga2O3、Nb2O3、Mn2O3、Fe2O3、ZrO2、MnO2、SiO2、Nb2O5、Ta2O5およびBi2O5からなる群から選択される1もしくは複数の異種原子酸化物を表し、または異種原子酸化物を表さない、つまりNa2TiIV nO2n+1(2≦n≦10)]のチタン酸ナトリウムを含む。特に、前記のナトリウムイオン伝導体は、かかるチタン酸ナトリウムから形成されていてよい。一般式(2)のチタン酸ナトリウムは、ナトリウムイオンを伝導し、電子を伝導しない固体電解質として好ましいと見なされている。
本発明による対象の更なる利点および好ましい実施形態を、図面によって具体的に示し、以下の記載において説明する。その際、図面は、記載している符号のみを有するものと考慮すべきであり、本発明をいかように限定することを意図するものではない。
Claims (15)
- チタン酸ナトリウムを含む、ナトリウムイオン伝導体(3,4a,4b)。
- 請求項1に記載のナトリウムイオン伝導体(3,4a,4b)であって、前記チタン酸ナトリウムが、四価のおよび/または三価のチタンを有する前記ナトリウムイオン伝導体。
- 請求項1または2に記載のナトリウムイオン伝導体(4a,4b)であって、前記ナトリウムイオン伝導体が、一般式(1):
Na2TiIV n-xTiIII xO2n+1-x/2:MO
[式中、2≦n≦10であり、かつ0≦x≦nであり、かつMOは、Na2O、Li2O、MgO、CaO、BaO、MnO、ZnO、FeO、Ti2O3、Al2O3、Ga2O3、Nb2O3、Mn2O3、Fe2O3、ZrO2、MnO2、SiO2、Nb2O5、Ta2O5およびBi2O5からなる群から選択される1もしくは複数の異種原子酸化物を表し、または異種原子酸化物を表さない]のチタン酸ナトリウムを含む前記ナトリウムイオン伝導体。 - 請求項1から3までのいずれか1項に記載のナトリウムイオン伝導体(3)であって、前記のナトリウムイオン伝導体が、一般式(2):
Na2TiIV nO2n+1:MO
[式中、2≦n≦10であり、かつMOは、Na2O、Li2O、MgO、CaO、BaO、MnO、ZnO、FeO、Ti2O3、Al2O3、Ga2O3、Nb2O3、Mn2O3、Fe2O3、ZrO2、MnO2、SiO2、Nb2O5、Ta2O5およびBi2O5からなる群から選択される1もしくは複数の異種原子酸化物を表し、または異種原子酸化物を表さない]のチタン酸ナトリウムを含む前記ナトリウムイオン伝導体。 - 請求項1から4までのいずれか1項に記載のナトリウムイオン伝導体(3)であって、前記のナトリウムイオン伝導体が、更に、β−酸化アルミニウム、特にテクスチャリングされたβ−酸化アルミニウムを含む前記ナトリウムイオン伝導体。
- 請求項1から5までのいずれか1項に記載のナトリウムイオン伝導体(3)であって、前記のナトリウムイオン伝導体が、チタン酸ナトリウムおよびβ−酸化アルミニウムを含む複合材料である前記ナトリウムイオン伝導体。
- 請求項1から6までのいずれか1項に記載のナトリウムイオン伝導体(3,4a,4b)を含む、ガルヴァーニ電池、特にナトリウム−カルコゲン電池、例えばナトリウム−硫黄電池またはナトリウム−酸素電池。
- 請求項7に記載のガルヴァーニ電池であって、前記電池が、前記ナトリウムイオン伝導体(3,4a,4b)を固体電解質として含む前記ガルヴァーニ電池。
- 請求項7または8に記載のガルヴァーニ電池であって、前記電池のカソード(2)が、請求項1から6までのいずれか1項に記載の、特に請求項2または3に記載のナトリウムイオン伝導体(4a,4b)を含む前記ガルヴァーニ電池。
- 請求項7から9までのいずれか1項に記載のガルヴァーニ電池であって、前記電池のアノード(1)およびカソード(2)が、請求項1から6までのいずれか1項に記載の、特に請求項4から6までのいずれか1項に記載のナトリウムイオン伝導体(3)によって隔離されている前記ガルヴァーニ電池。
- 請求項7から10までのいずれか1項に記載のガルヴァーニ電池であって、前記電池のカソード(2)が、少なくとも1つの伝導エレメント(L)を有し、前記伝導エレメントは、請求項1から6までのいずれか1項に記載の、特に請求項2または3に記載のナトリウムイオン伝導体(4a)を含み、および/または請求項1から6までのいずれか1項に記載の、特に請求項2または3に記載のナトリウムイオン伝導体(4b)を含む構造(S)上に形成されている前記ガルヴァーニ電池。
- 請求項1から6までのいずれか1項に記載のナトリウムイオン伝導体(3,4a,4b)を含むセンサ。
- 請求項1から6までのいずれか1項に記載のナトリウムイオン伝導体(3,4a,4b)の製造方法であって、方法工程a):チタン酸ナトリウムを水熱合成法によって製造する工程を含む前記方法。
- 請求項13に記載の方法であって、方法工程a)において、金属チタンおよび/またはチタン含有金属混合物あるいは金属合金および/または1もしくは複数のチタン化合物、例えば酸化チタンおよび/または窒化チタンを、水酸化ナトリウム水溶液中で、例えば5モル/l以上、15モル/l以下の範囲の濃度をもって、例えば130℃以上、210℃以下の範囲の温度で反応させる前記方法。
- 請求項13または14に記載の方法であって、前記方法は、更に、方法工程b):得られたチタン酸ナトリウムを、例えば400℃以上、1100℃以下の範囲の温度に、特に還元性条件下で、例えば水素含有雰囲気下で加熱する工程を含む前記方法。
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