JP2015535645A - ドープされたスカンジア安定化ジルコニア電解質組成物 - Google Patents
ドープされたスカンジア安定化ジルコニア電解質組成物 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015535645A JP2015535645A JP2015543115A JP2015543115A JP2015535645A JP 2015535645 A JP2015535645 A JP 2015535645A JP 2015543115 A JP2015543115 A JP 2015543115A JP 2015543115 A JP2015543115 A JP 2015543115A JP 2015535645 A JP2015535645 A JP 2015535645A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- series
- compositions
- scandia
- oxide
- composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 318
- 241000968352 Scandia <hydrozoan> Species 0.000 title claims abstract description 65
- HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);scandium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sc+3].[Sc+3] HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 title description 70
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 153
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 78
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 29
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 61
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 36
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 73
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 59
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 42
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 42
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 41
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 37
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 32
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 27
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 26
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 20
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 20
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 19
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 18
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 18
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 15
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 9
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 6
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 6
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 3
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- CKHJYUSOUQDYEN-UHFFFAOYSA-N gallium(3+) Chemical compound [Ga+3] CKHJYUSOUQDYEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910001449 indium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- YOBOXHGSEJBUPB-MTOQALJVSA-N (z)-4-hydroxypent-3-en-2-one;zirconium Chemical compound [Zr].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O YOBOXHGSEJBUPB-MTOQALJVSA-N 0.000 description 1
- YIWGJFPJRAEKMK-UHFFFAOYSA-N 1-(2H-benzotriazol-5-yl)-3-methyl-8-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carbonyl]-1,3,8-triazaspiro[4.5]decane-2,4-dione Chemical compound CN1C(=O)N(c2ccc3n[nH]nc3c2)C2(CCN(CC2)C(=O)c2cnc(NCc3cccc(OC(F)(F)F)c3)nc2)C1=O YIWGJFPJRAEKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical group [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000010987 cubic zirconia Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N gallic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003921 particle size analysis Methods 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- IGPAMRAHTMKVDN-UHFFFAOYSA-N strontium dioxido(dioxo)manganese lanthanum(3+) Chemical compound [Sr+2].[La+3].[O-][Mn]([O-])(=O)=O IGPAMRAHTMKVDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
- H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
- H01M8/1253—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing zirconium oxide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
固体酸化物燃料電池（SOFC）用電解質組成物は、スカンジア、ならびに、マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つ、ならびに任意で上記の酸化物に加えてセリアで安定化されたジルコニアを含む。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2012年11月20日に出願された米国特許仮出願第61/728,270号および2013年3月15日に出願された米国特許仮出願第61/792,699号の恩典を主張し、これらは、全体が参照により本明細書に組み入れられる。
本出願は、2012年11月20日に出願された米国特許仮出願第61/728,270号および2013年3月15日に出願された米国特許仮出願第61/792,699号の恩典を主張し、これらは、全体が参照により本明細書に組み入れられる。
分野
本出願は、概して、燃料電池成分、特に、固体酸化物燃料電池電解質材料を対象とする。
本出願は、概して、燃料電池成分、特に、固体酸化物燃料電池電解質材料を対象とする。
発明の背景
燃料電池は、電池中に貯蔵された化学エネルギーを高効率で電気エネルギーに変換することができる電気化学装置である。それらは、電極の間に電解質を含む。固体酸化物燃料電池（SOFC）は、電解質として固体酸化物を使用することを特徴とする。
燃料電池は、電池中に貯蔵された化学エネルギーを高効率で電気エネルギーに変換することができる電気化学装置である。それらは、電極の間に電解質を含む。固体酸化物燃料電池（SOFC）は、電解質として固体酸化物を使用することを特徴とする。
固体酸化物燃料電池（SOFC）システムにおいて、酸化フローは燃料電池のカソード側を通過し、他方、燃料フローは燃料電池のアノード側を通過する。酸化フローは典型的には空気であり、他方、燃料フローは、メタン、天然ガス、ペンタン、エタノール、またはメタノールなどの炭化水素燃料であり得る。650℃〜950℃の間の典型的な温度で作動する燃料電池は、負の電荷を帯びた酸素イオンのカソードフローストリームからアノードフローストリームへの輸送を可能にし、ここで、イオンは、遊離の水素もしくは炭化水素分子中の水素のいずれかと化合して水蒸気を形成し、および／または一酸化炭素と化合して二酸化炭素を形成する。負の電荷を帯びたイオン由来の過剰な電子は、アノードとカソードとの間に完成した電気回路を通って燃料電池のカソード側に戻り、回路を通る電流フローを結果としてもたらす。
近年、高いイオン伝導率のSOFC電解質組成物の開発に対して多大な興味が示されてきている。ドープされた酸化セリウム、ランタンガレート、および酸化ジルコニウムは、最も適した候補である。しかしながら、十分なイオン伝導率を達成するためには高い作動温度がしばしば必要とされて、燃料電池成分の寿命を低下させ、かつ、クロム合金インターコネクトなどの、燃料電池スタックにおける高価な材料の使用を必要とする。従って、SOFCの作動温度を低下させることが非常に望ましく、これを達成する1つの重要な工程は、最先端技術のSOFC電解質材料であるイットリア安定化ジルコニア（YSZ）よりも高いイオン伝導率を有する電解質組成物の開発である。
ジルコニアに異原子価の（aliovalent）ドーパントをドープすることは、室温で高温立方蛍石相を安定化させ、酸素空格子点濃度、酸素移動性、およびイオン伝導率の増大をもたらす。複合体の研究により、ドーパントとホストイオン半径との間の相関、および、最高伝導率を保証し得る重要なドーパントカチオン半径の存在が実証されてきている。ドーパントとホストとの間の相対的なイオン不適合の良好な評定とは、ホスト酸化物の立方格子パラメータとドーパント酸化物の擬立方格子パラメータとを比較することであり、より小さなサイズ不適合が、高いイオン伝導率を得るために好ましいことが示唆されてきている。
立方相を安定化させるために適切なドーパントを見出す多数の試みが、なされてきている（Y、Yb、Ce、Biなど）。これらの中で、スカンジア安定化ジルコニアは、YSZより低い活性化エネルギーのために、11モル％のSc3+濃度で最高のイオン伝導率（800℃でYSZよりも2〜3高い）を示す。Sc2O3-ZrO2系における複合体相図は、まだ議論中であり、単斜相、正方相、および菱面体中間相のような、相図のドーパントに富むセグメントにおいて同定されるいくつかの相は、低温で現れる。1つの例は、約600〜700℃で菱面体-立方相転移をうけ、この温度領域において伝導率の急な低下を誘導する、歪んだ菱面体β相（Sc2Zr7O17）である。この転移は、熱膨張不適合の観点から好ましくなく、酸素空格子点の秩序無秩序転移に関連し得る。
ジルコニア系における共ドーピングは、増強されたイオン伝導率を有する、より安価な、安定した組成物を生成する可能性がある。スカンジアジルコニア系における共ドーパントは、Ce、Y、Yb、およびTiを含み、前者（1モル％ CeO2）は、室温で立方相を安定化させるのに現在のところ最も成功しており、135 mS/cmの非常に高い伝導率の値が、Leeらにより800℃で、空気中で測定されている（SSI 176 (1-2) 33-3 (2005)（非特許文献1））。しかしながら、Ce3+の存在のために、特に燃料電極との界面で、長期の安定性についての懸念が報告されている。
一般に、CaOまたはMgOが、室温で正方相を安定化させることによりジルコニアセラミックの靱性を改善するために使用されている。
しかしながら、ジルコニアにアルカリ土類金属カチオン単独をドープする以前の研究は、立方蛍石ZrO2-CaOおよびZrO2-MgO固体溶液の欠陥会合の高い傾向およびより低い熱力学的安定性のために、伝導率を改善することに成功していない。
SSI 176 (1-2) 33-3 (2005)
固体酸化物燃料電池（SOFC）用電解質組成物は、スカンジア、ならびに、マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つ、ならびに任意でセリアで安定化されたジルコニアを含む。
本発明の別の態様は、スカンジアおよび酸化インジウムで安定化されたジルコニアを含み、スカンジアおよび酸化インジウムが10モル％以上かつ13モル％以下である総量で存在している、固体酸化物燃料電池のための電解質組成物を提供する。本発明の別の態様は、スカンジア、酸化インジウム、およびセリアで安定化され、スカンジア、酸化インジウム、およびセリアが、8モル％以上かつ14モル％以下である、例えば11モル％の総量で存在している、ジルコニアを提供する。
態様の詳細な説明
種々の態様が、ドープスカンジア安定化ジルコニアを含むSOFCのための電解質の組成物を提供する。1つの態様において、ジルコニアに、スカンジウムおよび異原子価の原子を共ドープし、共沈により作製する。
種々の態様が、ドープスカンジア安定化ジルコニアを含むSOFCのための電解質の組成物を提供する。1つの態様において、ジルコニアに、スカンジウムおよび異原子価の原子を共ドープし、共沈により作製する。
相組成および伝導率の両方は、合成条件に非常に依存する可能性があるため、多数の研究が、合成および焼結のための技術を開発することに集中している。固体状態合成は、カチオン移動の遅い速度論のために、相の不均質性をもたらすことが公知であり、従って、高い焼結温度が相形成のために必要とされ得る。組成上の均質性および高い程度の緻密化の達成により、共沈、燃焼、およびゾル-ゲルなどの代替技術がより成功すると立証され得る。
種々の態様において、粉末を、化学量論組成的な量のスカンジウム、ならびに、酸化マグネシウムもしくは炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、および／または酸化ガリウムのうちの少なくとも1つ（ならびに任意で、組成物に応じて上記の酸化物に加えて酸化イットリウム）を熱いHNO3中に溶解する工程、それに続く、ジルコニウムアセチルアセトナートまたは他のZr前駆化合物が溶解している水溶液と混合する工程を含む、共沈を用いて取得することができる。混合物を、ホットプレート上での加熱の下で撹拌し、その後室温へ冷却して、pH＝9までのアンモニアで沈殿させることができる。形成された沈殿を、濾過し、乾燥し、1200℃で5時間、か焼することができる。結果として生じた粉末を、破砕し、ボールミル粉砕し、ペレットおよびバーにプレスし、1500〜1550℃で7時間焼結して緻密体にすることができる。焼結された生成物を、X線回折、粒子サイズ解析、SEM、TEM、および伝導率測定を用いて特徴決定することができる。高温でイオン伝導率の正確な値を得るために、試料の全抵抗に対するバルクおよび粒界の寄与を区別してもよい。
これらの新たな電解質組成物の調製において、親電解質材料は、約89：11、例えば87〜91：13〜9である、ジルコニア（ZrO2）：スカンジア（Sc2O3）のモル比を有することができる。1つの態様において、ジルコニアに、マグネシア（MgO）、または異原子価のカチオン（例えば、Mg2+）を有する他のイオン酸化物を、11％モルパーセント（モル％）まで、ScまたはZrのいずれかの原子パーセントを一定に保ちながらドープすることができる。他の態様において、ジルコニアに、マグネシア、イットリア、酸化亜鉛、および／または酸化インジウムの1つまたは複数の組み合わせをドープすることができる。他の態様において、ジルコニアに、マグネシア、イットリア、および酸化ガリウムの1つまたは複数の組み合わせをドープすることができる。
1つの態様において、マグネシアを、スカンジア安定化ジルコニア中のスカンジアを置換するドーパントとして使用することができる。組成物の4つの例示シリーズを、下記でさらに詳細に議論する。
組成物の1つの例示シリーズ（「Aシリーズ」）は、11モル％ Sc2O3の組成物に基づいて調製することができ、Zr0.802Sc0.198-xMgxO1.90-0.5xの式を有することができる。この例示のAシリーズの組成物を示す三元相図を、図1Aに示す。Aシリーズ組成物において、Sc3+イオンを、1：1の比でMg2+イオンにより置換することができ、それにより、ジルコニア含量を一定に保ちながら、組成物のスカンジウムおよび酸素の含量を低下させることができる。Aシリーズを形成するために使用され得る上記の式におけるx値は、0、0.009、0.018、0.027、および0.036であり、それにより以下の組成物を創出する。
A0：Zr0.802Sc0.198O1.90
A1：Zr0.802Sc0.189Mg0.009O1.90
A2：Zr0.802Sc0.180Mg0.018O1.89
A3：Zr0.802Sc0.171Mg0.027O1.89
A4：Zr0.802Sc0.162Mg0.036O1.88
A0：Zr0.802Sc0.198O1.90
A1：Zr0.802Sc0.189Mg0.009O1.90
A2：Zr0.802Sc0.180Mg0.018O1.89
A3：Zr0.802Sc0.171Mg0.027O1.89
A4：Zr0.802Sc0.162Mg0.036O1.88
この例示シリーズにおいて、x＝0では、Sc3+イオンは置換されておらず、従って、Sc3+イオンの原子パーセントは、親材料における原子パーセントと同等である（すなわち、19.8％）。試験した最高のx値（x＝0.36）では、スカンジウムイオンの原子パーセントは、最低になる（すなわち、16.2％）。
組成物の別の例示シリーズ（「Bシリーズ」）を、11モル％ Sc2O3の組成物に基づいて調製することができる。Bシリーズ組成物についての式は、Zr0.802+xSc0.198-2xMgxO1.90であることができる。図1Bは、Bシリーズの組成物を示す三元相図である。この例示シリーズにおいては、2個のSc3+イオンを、1個のZr4+イオンおよび1個のMg2+イオンにより置換することができ、それにより、酸素の含量および化学量論組成を1.90で一定に保ちながら、スカンジウム含量を低下させることができる。このBシリーズを形成するために使用され得るx値は、0、0.009、0.0135、0.018、0.027、および0.036であり、それにより以下の組成物を創出する。
B0：Zr0.802Sc0.198O1.90
B1：Zr0.811Sc0.18Mg0.009O1.90
B1.5：Zr0.815Sc0.171Mg0.0135O1.90
B2：Zr0.820Sc0.162Mg0.018O1.90
B3：Zr0.829Sc0.144Mg0.027O1.90
B4：Zr0.838Sc0.126Mg0.036O1.90
B0：Zr0.802Sc0.198O1.90
B1：Zr0.811Sc0.18Mg0.009O1.90
B1.5：Zr0.815Sc0.171Mg0.0135O1.90
B2：Zr0.820Sc0.162Mg0.018O1.90
B3：Zr0.829Sc0.144Mg0.027O1.90
B4：Zr0.838Sc0.126Mg0.036O1.90
この例示シリーズにおいて、x＝0では、Sc3+イオンは置換されておらず、従って、Sc3+イオンの原子パーセントは、親材料における原子パーセントと同等である（すなわち、19.8％）。試験した最高のx値（x＝0.036）では、スカンジウムイオンの原子パーセントは、最低である（すなわち、12.6％）。この例示のBシリーズの組成物を示す三元相図を、図1Bに示す。
組成物の他の例示シリーズ（「Gシリーズ」および「Hシリーズ」）は、ZrイオンをMgイオンで置換し、それによりジルコニウムおよび酸素のレベルを低下させることによって、一定のスカンジア含量を維持し、かつマグネシアレベルを増大させることができる。組成物の例示のGシリーズは、5.3モル％ Sc2O3を含む親組成物に基づいて調製することができ、Zr0.9-xSc0.1MgxO1.95-xの式を有することができる。この例示のGシリーズにおける組成物を示す三元相図を、図1Cに示す。Gシリーズ組成物を形成するために使用され得るx値は、0、0.025、0.05、0.075、および0.10であり、それにより以下の組成物を創出する。
G0：Zr0.9Sc0.1O1.95
G1：Zr0.875Sc0.1Mg0.025O1.925
G2：Zr0.85Sc0.1Mg0.05O1.90
G3：Zr0.825Sc0.1Mg0.075O1.875
G4：Zr0.80Sc0.1Mg0.10O1.85
G0：Zr0.9Sc0.1O1.95
G1：Zr0.875Sc0.1Mg0.025O1.925
G2：Zr0.85Sc0.1Mg0.05O1.90
G3：Zr0.825Sc0.1Mg0.075O1.875
G4：Zr0.80Sc0.1Mg0.10O1.85
x＝0では、Mg2+イオンは添加されておらず、従って、Sc3+イオンの原子パーセントは、親材料における原子パーセントと同等である（すなわち、10.0％）。最高のx値（x＝0.10）では、ジルコニウムイオンの原子パーセントは、最低である（すなわち、80.0％）。
組成物の別の例示シリーズ（「Hシリーズ」）を、8.1モル％ Sc2O3の親組成物に基づいて調製することができる。Hシリーズ組成物は、式Zr0.85-xSc0.15MgxO1.925-xを有することができる。例示のHシリーズ組成物を示す三元相図を、図1Dに示す。Hシリーズ組成物を形成するために使用され得るx値は、0、0.025、0.05、0.075、および0.10であり、それにより以下の組成物を創出する。
H0：Zr0.85Sc0.15O1.925
H1：Zr0.825Sc0.15Mg0.025O1.90
H2：Zr0.80Sc0.15Mg0.05O1.875
H3：Zr0.775Sc0.15Mg0.075O1.85
H4：Zr0.75Sc0.15Mg0.10O1.825
H0：Zr0.85Sc0.15O1.925
H1：Zr0.825Sc0.15Mg0.025O1.90
H2：Zr0.80Sc0.15Mg0.05O1.875
H3：Zr0.775Sc0.15Mg0.075O1.85
H4：Zr0.75Sc0.15Mg0.10O1.825
x線回折パターンにより、マグネシアをドープした各々のスカンジア安定化ジルコニア組成物について室温での安定相を判定することができる。組成物の例示のAシリーズ、Bシリーズ、Gシリーズ、およびHシリーズにおける組成物についての室温での相を、下記の表1に示す。
11モル％ Sc2O3のAシリーズおよびBシリーズの親組成物であるA0、B0の以前の研究により、これが室温で菱面体構造を有することが見出されている。組成物のAシリーズにおけるドーピングの最低レベル（x＝0.09）では、構造は菱面体のままであり得るが、すべての他のドーピングレベルでは、立方蛍石構造が安定であり得る。例示のBシリーズについては、すべての組成物が、正方蛍石構造を有し得る。図2Aは、例示のBシリーズ組成物についてのx線回折パターンを示す。
マグネシウムを含まないG0試料のX線解析により、存在する正方蛍石相および単斜蛍石相の両方が示され、Ruhらによる、彼らの研究における知見（Ruh 1977）と一致した。図2Bは、Gシリーズ組成物についてのx線回折（XRD）パターンを示し、Gシリーズにわたるマグネシア含量の増大が、存在する単斜相の量の低減をもたらすことを示す。例えば、図2B中の低角度領域の接写図である図2Cは、Gシリーズ組成物についてのx線回折パターンを示し、単斜晶反射の相対的なピークの高さが、マグネシウム含量の増大と共に低減することを示す。
組成物のHシリーズに関しては、2.5〜7.5原子％のマグネシウムを有するMgOの添加が、立方相を安定化させる。マグネシウム含量を2.5原子％に増大させた際には、構造は正方のままであり得るが、マグネシウム含量を5.0および7.5原子％にさらに増大させた際には、立方構造が安定化され得る。マグネシウム含量の10原子％へのさらなる増大により、正方構造が安定になり得る。これは、Hシリーズ組成物についてのXRDパターンシリーズである、図2Dに示されている。Bシリーズ、Gシリーズ、およびHシリーズの組成物について焼成相として示す三元相図を、図3に示す。
図4Aおよび図4Bは、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて撮影された、それぞれ試料B2およびH2由来の後方散乱電子（BSE）像である。データによって示されるように、試料G2は、はるかにより微細な粒構造を有し得、これは、正方ジルコニアおよび単斜ジルコニアの存在と一致している。対照的に、試料H2は、立方ジルコニアに典型的である、はるかにより粗い微構造を有し得る。
図5Aは、組成物のBシリーズ、Gシリーズ、およびHシリーズについて、850℃での例示の直流伝導率測定値の変動を、マグネシア含量（測定されたマグネシウムの原子パーセント）と共に示す。ピーク伝導率は、200 mS/cmまたはそれより上で、例えば、B1.5組成物（Zr0.815Sc0.171Mg0.0135O1.90）については200〜210 mS/cmで測定され得る。
組成物のGシリーズについて、伝導率は、組成物の範囲全体にわたって、100 mS/cm未満のままであり得る。これらの相対的に低い伝導率は、室温で望ましくない低伝導率の単斜相の存在を示すXRDの結果と一致し得る。これらの低い結果はまた、マグネシアおよびスカンジアのGシリーズでのレベルが、850℃でジルコニアのより伝導性の立方相を安定化させるには不十分である可能性が高いことを示し得る。対照的に、組成物の例示のHシリーズは、150 mS/cmより上、例えば、5.0原子％またはそれより少ないマグネシウムを有する組成物で150〜199 mS/cmの伝導率を示し得る。伝導率は、マグネシア含量と共にほぼ直線的に、H2試料（5.0原子％マグネシウム）については199 mS/cmのピーク値まで増大し得る。7.5原子％マグネシウムへのさらなる増大は、79 mS/cmへの、伝導率の大きな下落をもたらし得る。
図5Bは、5原子％マグネシウムを有する試料G2およびH2組成物についてのバルク伝導率を示す、電気インピーダンス分光法（EIS）の測定値を示す。図5Cは、試料G2組成物およびH2組成物の粒界にわたる伝導率を示す、EIS測定値を示す。400℃で、低スカンジアG2試料は、スカンジア含量がより高いH2試料よりも、高いバルク伝導率を有し得るが、低い粒界伝導率を有し得る。温度が上昇するにつれて、伝導率のバルク成分および粒界成分は、スカンジア含量がより高い試料についてより速く増大し、850℃ではるかに優れた伝導率をもたらし得る。特定の理論により拘束されることを望むものではないが、Gシリーズ相の大きな粒界抵抗は、より低い伝導率の単斜相の存在の結果である可能性がある。
組成物のHシリーズのマグネシウム含量を、5原子％から7.5原子％またはそれより高くまで増大させた際に、伝導率の大きな低下が観察され得る。図5Dは、それぞれ5原子％および7.5原子％のマグネシウムを有するH2試料およびH3試料について全伝導率を示す、EIS測定値を示す。図5Eは、H2およびH3について粒界にわたる伝導率を示す、EIS測定値を示す。図5Fは、H2試料およびH3試料についてバルク伝導率を示すEIS測定値を示し、他方、図5Gは、H2試料およびH3試料についてバルク抵抗率の測定値を示す。これらの測定値から、H2試料およびH3試料は非常に類似したバルク伝導率を有し得るが、H3ははるかに低い粒界伝導率を有し得ることが、観察され得る。従って、1〜6原子パーセントのMgO、例えば、1.3〜5原子パーセントが好ましい。
図6Aは、組成物のBシリーズ、Gシリーズ、およびHシリーズについて、850℃での直流伝導率測定値の変動を、スカンジア含量（スカンジアの原子パーセントとして測定）と共に示す。図6Bは、組成物のBシリーズ、Gシリーズ、およびHシリーズについて、850℃での直流伝導率測定値の変動を、酸素化学量論組成と共に示す。図6Cは、850℃での直流伝導率の結果が、三元組成図上に呈示されることを示す。これらのプロットは、伝導率のピーク値が、15〜19原子％のスカンジア含量、5原子％未満のマグネシア含量（例えば、2〜5原子％）、および1.875〜1.9の酸素化学量論組成で達成され得ることを示す。
スカンジアのレベルをさらに低下させるために、B1.5組成物およびB3組成物に基づいて、組成物の2つの追加のシリーズを開発することができる。
別の態様において、スカンジア安定化ジルコニア組成物に、マグネシアおよびイットリアを共ドープすることができる。組成物の例示シリーズ（「Eシリーズ」）を、10.7モル％ Sc2O3の親組成物に基づいて調製することができる。Eシリーズは、式Zr0.815Sc0.171-xYxMg0.0135O1.90を有することができる。このシリーズの組成物においては、1個のY3+イオンが1個のスカンジウムイオンを置換し、他方、ジルコニウム、マグネシウム、および酸素のレベルは一定のままである。Eシリーズ組成物を形成するために使用され得るx値は、0、0.018、0.036、0.054、および0.072であり、それにより以下のEシリーズ組成物を創出する。
E0：Zr0.815Sc0.171Mg0.0135O1.90（B1.5と同じ）
E1：Zr0.815Sc0.153Y0.018Mg0.0135O1.90
E2：Zr0.815Sc0.135Y0.036Mg0.0135O1.90
E3：Zr0.815Sc0.117Y0.054Mg0.0135O1.90
E4：Zr0.815Sc0.099Y0.072Mg0.0135O1.90
E0：Zr0.815Sc0.171Mg0.0135O1.90（B1.5と同じ）
E1：Zr0.815Sc0.153Y0.018Mg0.0135O1.90
E2：Zr0.815Sc0.135Y0.036Mg0.0135O1.90
E3：Zr0.815Sc0.117Y0.054Mg0.0135O1.90
E4：Zr0.815Sc0.099Y0.072Mg0.0135O1.90
x＝0では、スカンジウムイオンは置換されておらず、スカンジウムの原子パーセントは、親組成物と同等である（すなわち、17.1％）。最高のx値であるx＝0.072では、スカンジウムの原子パーセントは、シリーズの最低である（すなわち、9.9％）。
組成物の別の例示シリーズ（「Fシリーズ」）を、7.9モル％ Sc2O3の親組成物に基づいて調製することができる。Fシリーズは、式Zr0.829Sc0.144-xYxMg0.027O1.90を有することができる。Fシリーズ組成物を調製するために使用され得るx値は、0、0.018、0.036、0.054、および0.072であり、それにより以下の組成物を創出する。
F0：Zr0.829Sc0.144Mg0.027O1.90（B3と同じ）
F1：Zr0.829Sc0.126Y0.018Mg0.027O1.90
F2：Zr0.829Sc0.108Y0.036Mg0.027O1.90
F3：Zr0.829Sc0.09Y0.054Mg0.027O1.90
F4：Zr0.829Sc0.072Y0.072Mg0.027O1.90
F0：Zr0.829Sc0.144Mg0.027O1.90（B3と同じ）
F1：Zr0.829Sc0.126Y0.018Mg0.027O1.90
F2：Zr0.829Sc0.108Y0.036Mg0.027O1.90
F3：Zr0.829Sc0.09Y0.054Mg0.027O1.90
F4：Zr0.829Sc0.072Y0.072Mg0.027O1.90
このシリーズの組成物においては、Eシリーズにおいてと同様に、1個のY3+イオンが1個のスカンジウムイオンを置換し、他方、ジルコニウム、マグネシウム、および酸素のレベルは一定のままである。x＝0では、スカンジウムイオンは置換されておらず、スカンジウムの原子パーセントは、親組成物と同等である（すなわち、14.4％）。最高のx値であるx＝0.072では、スカンジウムの原子パーセントは、シリーズの最低である（すなわち、7.2％）。例示のEシリーズおよびFシリーズの組成物の三元相図を、図7Aに示す（イットリアは示していない）。
EシリーズおよびFシリーズの組成物における例示のXRDパターンを、それぞれ図7Bおよび図7Cに示す。組成物のEシリーズは、5.4原子％またはそれより少ないイットリウム含量で正方であり得、7.2原子％で立方であり得る。Fシリーズ組成物は、正方のままであり得る。5.4原子％および7.2原子％のイットリウムで、Fシリーズ試料はまた、少量の単斜相も有し得る。表2は、E0からE4およびF0からF4の、例示組成物の室温相を示す。
図8Aは、850℃で組成物のEシリーズおよびFシリーズについて測定された直流伝導率の変動を、イットリア含量と共に示す。データが示すように、伝導率のほぼ直線的な減少が、含量の増大と共に起こり得る。イットリア含有試料についての最高伝導率は、1.8原子％のイットリウムを有するE1についての199 mS/cmであり得る。
図8Bは、Eシリーズ組成物のE1、E3、およびE4について全伝導率を示す、EIS測定値を示す。図8Cは、E1、E3、およびE4についてバルク伝導率を示す、EIS測定値を示す。図8Dは、E1、E3、およびE4について粒界面にわたる伝導率を示す、EIS測定値を示す。図8Eは、E1、E3、およびE4について400℃でのバルク抵抗率の値を示す。
図9Aは、各々が1.8原子％のイットリウムを有する試料E1およびF1について全伝導率を示す、EIS測定値を示す。図9Bは、E1およびF1についてバルク伝導率を示す、EIS測定値を示す。図9Cは、EおよびF1について粒界面にわたる伝導率を示す、EIS測定値を示す。図9Dは、E1およびF1について400℃でのバルク抵抗率の値を示す。
図10Aは、850℃でのシリーズA、B、G、およびH（ZrO2-Sc2O3-MgO）、ならびにEおよびF（ZrO2-Sc2O3-Y2O3-MgO）について、スカンジア含量に対する850℃での直流伝導率を示す。さらに、図10Bは、これらのシリーズの各々について、酸素化学量論組成に対する850℃での直流伝導率を示す。イットリア含有試料における高伝導率のための条件は、イットリアを含まない試料について見出されているものと一致している。伝導率の最高値は、15〜19原子％のスカンジウム含量、5原子％未満のマグネシウム含量、および1.875〜1.9の酸素化学量論組成について見出され得る。
別の態様において、Bシリーズ組成物に類似しているスカンジア安定化ジルコニア組成物に、マグネシアの代わりにまたはそれに加えて、酸化亜鉛（ZnO）または酸化インジウム（In2O3）のいずれかをドープすることができる。
上記で議論されたB1.5試料組成物に基づき得る、組成物の例示シリーズ（「B-Znシリーズ」）においては、マグネシウムイオンを亜鉛イオンに置換することができる。B-Znシリーズは、Zr0.802+xSc0.198-2xZnxO1.90の式を有し得る。組成物のこのB-Znシリーズを調製するために使用され得るX値は、0、0.0135（B1.5に対応）、および0.027（B3に対応）であり、それにより以下の組成物を創出する。
B1.5Zn：Zr0.815Sc0.171Zn0.0135O1.90
B3Zn：Zr0.829Sc0.144Zn0.0270O1.90
B1.5Zn：Zr0.815Sc0.171Zn0.0135O1.90
B3Zn：Zr0.829Sc0.144Zn0.0270O1.90
具体的には、このシリーズにおいては、2個のSc3+イオンを、1個のZn2+イオンおよび1個のZn4+イオンにより置換することができる。Sc3+がこれらのイオンにより置換されるため、酸素化学量論組成は一定のままである。組成物のこのB-Znシリーズにおける試料組成物についてのXRDパターンを、図11A〜図11Cに示し、図11Bおよび図11Cは、図11Aの低角度領域および高角度領域の接写である。
11モル％ Sc2O3を有する対応するBシリーズ組成物および親組成物と比較した、B-Znシリーズ組成物の850℃での伝導率を、下記の表3に提供する。
図12Aは、B1.5およびB3についてのマグネシウム含量に対する850℃での直流伝導率のプロット上に重ね合わせた、組成物のB-ZnシリーズについてのZnO含量（亜鉛の原子パーセントとして測定）に対する850℃での直流伝導率を示す。
組成物の別の例示シリーズにおいて、酸化インジウムを、スカンジアとの共ドーパントとして使用することができる。Mg2+が、Sc3+を置換する共ドーパントである、Aシリーズの組成物と類似して、In2O3を共ドープした組成物においては、1:1の比でSc3+イオンをIn3+イオンに置換することができ、酸素含量は固定されたままである。このシリーズは、11モル％ Sc2O3の親組成物に基づき得、Zr0.802Sc0.198-xInxO1.90の式（式中0≦x≦0.198、例えば0.018≦x≦0.18）を有することができる。
この態様の試料組成物は、0〜11モル％ Sc2O3、例えば1〜9モル％ Sc2O3、および0〜11モル％ In2O3、例えば2〜10モル％ In2O3を、11モル％の総ドーピング範囲（すなわち、Sc2O3およびIn2O3のモルパーセンテージの合計）で有することができる。1つの例において、組成物は、9モル％ Sc2O3および2モル％ In2O3を有することができ、従って、Zr0.802Sc0.162In0.036O1.90の式を有する。
図12Bは、試料組成物が、0モル％から11モル％まで変動する離散整数の酸化インジウム含量、および11モル％から0モル％まで変動する離散整数のスカンジア含量を有する、このシリーズについてのXRDパターンを示す。図12Cは、酸化インジウム含量が0モル％から11モル％まで変動する、離散整数の酸化インジウム含量（In2O3のモルパーセントとして測定）の関数として、これらの試料組成物の直流伝導率の変動を示す。データプロットにより示されるように、試料の直流伝導率は、80 mS/cm〜220 mS/cmの間の値であり得る。データプロットによりまた示されるように、少なくとも215 mS/cm、例えば215〜220 mS/cmのピーク直流伝導率レベルが、おおよそZr0.802Sc0.144In0.054O1.90の試料式に対応する、約3モル％ In2O3で達成され得る。従って、このシリーズは、式Zr1-w-yScwInyOd（式中、0.018≦w≦0.18、0.018≦y≦0.18、および1.8≦d≦2）を有するとして記載することができる。1つの態様において、スカンジウムイオン濃度（w）は、w＝0.198 - yを特徴とすることができる。別の態様において、インジウムイオン濃度（y）は、y＝0.054を特徴とすることができる。
別の態様において、Hシリーズ組成物に類似しているスカンジア安定化ジルコニア組成物に、マグネシアに加えて酸化インジウム（In2O3）をドープすることができる。上記で議論されたH2組成物に基づき得る、例示シリーズの組成物（「H-Inシリーズ」）においては、Sc3+イオンを、1:1の比でMg2+イオンに置換することができ、それにより、ジルコニアおよびインジウムの含量を一定に保ちながら、組成物のスカンジウムおよび酸素の含量を低下させることができる。H-Inシリーズは、Zr0.8Sc0.15-xIn0.05MgxO2-dの式（式中0≦x≦0.05）を有することができる。H-Inシリーズの式はまた、Zr0.8Sc0.15-xIn0.05MgxOd（式中1.8≦d≦2および0≦x≦0.05）としても書くことができる。x＝0では、マグネシアは存在せず、試料組成物は式Zr0.8Sc0.15In0.05O2-dを有する。x＝0.05では、試料組成物は式Zr0.8Sc0.10In0.05Mg0.05O2-dを有する。
例示の別のセットは、上記で議論されたE1試料組成物のバリアントを含む。1つの例示組成物において、ドーパントとして酸化亜鉛にマグネシアを置換することができ、式Zr0.815Sc0.153Y0.018Zn0.0135O1.90を有し得る組成物「E1-Zn」を生成する。別の例において、In2O3を、イットリアを置換する共ドーパントとして使用することができ、式Zr0.815Sc0.153In0.018Mg0.0135O1.90を有し得る組成物「E1-In」を生成する。
図13Aは、試料組成物E1-Inおよび9Sc2O3-2In2O3のエネルギー分散x線（EDX）分光解析を示す。図13Bは、これらの組成物についてのx線回折（XRD）パターンを、2θ＝80〜88°の角度についての拡大図領域と共に示す。850℃で、E1-Inの850℃での直流伝導率は、約195 mS/cmであり得、他方、9Sc2O3-2In2O3の直流伝導率は、約170 mS/cmであり得る。従って、これらの組成物は、少なくとも170、例えば、180〜195 mS/cmの伝導率を有する。
図14Aは、400℃でのE1試料組成物のバルクインピーダンス値を、E1バリアントのE1-ZnおよびE1-Inと共に示す。図14Bは、E1、E1-Zn、およびE1-Inについてバルク伝導率の測定値を示す。図14Cは、E1、E1-Zn、およびE1-Inについて全伝導率の測定値を示し、図14Dは、E1、E1-Zn、およびE1-Inについて粒界面にわたる伝導率を示す。
さらなる態様において、スカンジア安定化ジルコニアに、酸化ガリウムおよびイットリアを共ドープすることができる。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、より小さな半径のGa3+イオンおよびより大きな半径のY3+の組み合わせが、結晶構造のより少ない歪みをもたらす可能性がある。
例示シリーズの組成物（「Iシリーズ」）を、式Zr0.8018Sc0.1782Y0.02-xGaxO1.90で創出することができる。このシリーズの組成物においては、1個のY3+イオンが1個のGa3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、スカンジウム、および酸素のレベルは一定のままである。Iシリーズ組成物を形成するために使用され得るx値は、0、0.005、0.01、0.015、および0.02であり、それにより以下の組成物を創出する。
I0：Zr0.802Sc0.178Y0.02O1.90
I1：Zr0.802Sc0.171Y0.015Ga0.005O1.90
I2：Zr0.802Sc0.171Y0.01Ga0.01O1.90
I3：Zr0.802Sc0.171Y0.005Ga0.015O1.90
I4：Zr0.802Sc0.171Ga0.02O1.90
I0：Zr0.802Sc0.178Y0.02O1.90
I1：Zr0.802Sc0.171Y0.015Ga0.005O1.90
I2：Zr0.802Sc0.171Y0.01Ga0.01O1.90
I3：Zr0.802Sc0.171Y0.005Ga0.015O1.90
I4：Zr0.802Sc0.171Ga0.02O1.90
x＝0では、イットリウムイオンは置換されておらず、ガリウムイオンは存在しない。最高のx値であるx＝0.02では、すべてのイットリウムイオンが、ガリウムイオンにより置換されている。
別の例示シリーズの組成物（「Jシリーズ」）を、式Zr0.802Sc0.188Y0.01-xGaxO1.90で調製することができる。Jシリーズにおいては、1個のY3+イオンが1個のGa3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、スカンジウム、および酸素のレベルは一定のままである。Jシリーズ組成物を形成するために使用され得るx値は、0、0.0025、0.005、0.0075であり、それにより以下の組成物を創出する。
J0：Zr0.802Sc0.188Y0.01O1.90
J1：Zr0.802Sc0.188Y0.0075Ga0.0025O1.90
J2：Zr0.802Sc0.188Y0.005Ga0.005O1.90
J3：Zr0.802Sc0.188Y0.0025Ga0.0075O1.90
J0：Zr0.802Sc0.188Y0.01O1.90
J1：Zr0.802Sc0.188Y0.0075Ga0.0025O1.90
J2：Zr0.802Sc0.188Y0.005Ga0.005O1.90
J3：Zr0.802Sc0.188Y0.0025Ga0.0075O1.90
x＝0では、イットリウムイオンは置換されておらず、ガリウムイオンは存在しない。最高のx値であるx＝0.0075では、組成物は、2.5原子％のY3+イオンおよび7.5原子％のGa3+イオンを含有する。
別の例示シリーズの組成物（「Kシリーズ」）を、式Zr0.8018Sc0.1682Y0.03-xGaxO1.90で調製することができる。このシリーズの組成物においては、1個のY3+イオンが1個のGa3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、スカンジウム、および酸素のレベルは一定のままである。例示のKシリーズ組成物を形成するために使用され得るx値は、0.015であり、式Zr0.8018Sc0.1682Y0.015Ga0.015O1.90を有するK2試料組成物を創出し得る。このx値で、Y3+イオンおよびGa3+イオンの原子パーセンテージは同等である。
別の例示シリーズの組成物（「Lシリーズ」）を、式Zr0.8018Sc0.1582Y0.04-xGaxO1.90で調製することができる。このシリーズの組成物においては、1個のY3+イオンが1個のGa3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、スカンジウム、および酸素のレベルは一定のままである。例示のLシリーズ組成物を形成するために使用され得るx値は、0.02であり、式Zr0.8018Sc0.1582Y0.02Ga0.02O1.90を有するL2試料組成物を創出し得る。このx値で、Y3+イオンおよびGa3+イオンの原子パーセンテージは同等である。
図15は、例示のIシリーズ、Jシリーズ、Kシリーズ、およびLシリーズの組成物を示す三元相図である。図16Aは、これらのシリーズにおける試料組成物、I2、J2、K2、およびL2についてのXRDパターンを示す。図16Bは、2θ＝82〜85°の範囲にわたるXRDパターンの拡大である。図17Aは、Iシリーズ、Jシリーズ、Kシリーズ、およびLシリーズの組成物について、850℃での直流伝導率の変動を、総酸化ガリウムおよびイットリア含量（ガリウムまたはイットリウムの原子パーセントとして測定）と共に示す。図17Bは、直流伝導率の変動を、スカンジウム含量（スカンジウムの原子パーセントとして測定）と共に示す。データが示すように、0.015原子％のY3+イオンおよび0.015原子％のGa3+イオンを有するKシリーズ組成物は、200 mS/cmより上など、例えば221 mS/cmの最高伝導率を有する。
試料組成物I2、I3、J2、J3、K2、およびL2の850℃での直流伝導率を、下記の表4に提供する。
別の例示シリーズの組成物（「Mシリーズ」）を、式Zr0.815Sc0.15Y0.02-xGaxMg0.015O1.9で調製することができる。このシリーズの組成物においては、1個のY3+イオンが1個のGa3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、スカンジウム、マグネシウム、および酸素のレベルは一定のままである。Mシリーズを調製するために使用され得るx値は、0、0.01、および0.02であり、それにより以下の組成物を創出する。
M0：Zr0.815Sc0.15Y0.02Mg0.015O1.9
M1：Zr0.815Sc0.15Y0.01Ga0.01Mg0.015O1.9
M2：Zr0.815Sc0.15Ga0.02Mg0.015O1.9
M0：Zr0.815Sc0.15Y0.02Mg0.015O1.9
M1：Zr0.815Sc0.15Y0.01Ga0.01Mg0.015O1.9
M2：Zr0.815Sc0.15Ga0.02Mg0.015O1.9
x＝0では、イットリウムイオンは置換されておらず、ガリウムは存在せず、x＝0.02では、すべてのイットリウムイオンが、ガリウムイオンで置換されている。
850℃でのMシリーズ組成物の直流伝導率の結果を、下記の表5に提供する。
図18は、変動する酸化ガリウム含量（原子パーセントガリウムとして測定）を有するMシリーズ組成物について、直流伝導率を示すグラフである。
別の例示シリーズの組成物の（「Nシリーズ」）を、式Zr0.815Sc0.13Y0.04-xGaxMg0.015O1.90で創出することができる。このシリーズの組成物においては、1個のY3+イオンが1個のGa3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、スカンジウム、マグネシウム、および酸素のレベルは一定のままである。Nシリーズを作製するために使用され得るx値は、0、0.01、0.02、0.03、および0.04であり、それにより以下の組成物を創出する。
N0：Zr0.815Sc0.13Y0.04Mg0.015O1.90
N1：Zr0.815Sc0.13Y0.03Ga0.01Mg0.015O1.90
N2：Zr0.815Sc0.13Y0.02Ga0.02Mg0.015O1.90
N3：Zr0.815Sc0.13Y0.01Ga0.03Mg0.015O1.90
N4：Zr0.815Sc0.13Ga0.04Mg0.015O1.90
N0：Zr0.815Sc0.13Y0.04Mg0.015O1.90
N1：Zr0.815Sc0.13Y0.03Ga0.01Mg0.015O1.90
N2：Zr0.815Sc0.13Y0.02Ga0.02Mg0.015O1.90
N3：Zr0.815Sc0.13Y0.01Ga0.03Mg0.015O1.90
N4：Zr0.815Sc0.13Ga0.04Mg0.015O1.90
x＝0では、イットリウムイオンは置換されておらず、ガリウムは存在せず、x＝0.04では、すべてのイットリウムイオンが、ガリウムイオンで置換されている。
さらなる態様において、スカンジア安定化ジルコニアに、酸化インジウムおよびセリアを共ドープすることができる。例示シリーズの組成物（「Oシリーズ」）を、式Zr0.809Sc0.182-xCe0.009InxO2-d（式中0≦x≦0.164）で創出することができる。このシリーズはまた、Zr0.809Sc0.182-xCe0.009InxOd（式中1.8≦d≦2および0≦x≦0.164）としても書くことができる。このシリーズの組成物においては、1:1の比でSc3+イオンがIn3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、セリウム、および酸素のレベルは一定のままである。Oシリーズの組成物についての親ドーパント材料は、10Sc2O3-1CeO2であり得る。試料組成物は、Sc2O3を9モル％までのIn2O3で置換することにより（例えば、9Sc2O3-1In2O3-1CeO2〜1Sc2O3-9In2O3-1CeO2）、創出することができる。
他の例示組成物を、11モル％より低い総ドーパント量で創出することができる。例えば、1つのシリーズの組成物を、少なくとも8モル％、例えば9モル％の総ドーパントで、式Zr0.843Sc0.0926-xCe0.009In0.0556+xO2-d（式中0≦x≦0.0741）で創出することができる。このシリーズについての式はまた、Zr0.843Sc0.0926-xCe0.009In0.0556+xOd（式中1.8≦d≦2および0≦x≦0.0741）としても書くことができる。このシリーズの組成物においては、1:1の比でSc3+イオンがIn3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、セリウム、および酸素のレベルは一定のままである。親ドーパント材料は、5Sc2O3-3In2O3-1CeO2を含み得る。試料組成物は、Sc2O3を4モル％までのIn2O3で置換することにより（例えば、5Sc2O3-3In2O3-1CeO2〜1Sc2O3-7In2O3-1CeO2）、創出することができる。別の例において、あるシリーズの組成物（「Pシリーズ」）を、10モル％の総ドーパントで、式Zr0.825Sc0.110-xCe0.009In0.055+xO2-d（式中0≦x≦0.0917）で創出することができる。Pシリーズについての式はまた、Zr0.825Sc0.110-xCe0.009In0.055+xOd（式中1.8≦d≦2および0≦x≦0.0917）としても書くことができる。このシリーズの組成物においては、1:1の比でSc3+イオンがIn3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、セリウム、および酸素のレベルは一定のままである。親ドーパント材料は、6Sc2O3-3In2O3-1CeO2であり得る。試料組成物は、Sc2O3を5モル％までのIn2O3で置換することにより（例えば、6Sc2O3-3In2O3-1CeO2〜1Sc2O3-8In2O3-1CeO2）、創出することができる。Pシリーズを作製するために使用され得るいくつかのx値は、0および0.018であり、それにより以下の組成物を創出する。
P0：Zr0.825Sc0.110Ce0.009In0.055O1.92
P1：Zr0.825Sc0.092Ce0.009In0.073 O1.92
P0：Zr0.825Sc0.110Ce0.009In0.055O1.92
P1：Zr0.825Sc0.092Ce0.009In0.073 O1.92
x＝0では、追加のスカンジウムイオンは置換されておらず、存在するインジウムの量は、親ドーパント材料においてと同じである。
他の態様の組成物を、14モル％までのような、11モル％よりも高い総ドーパント量で創出することができる。例えば、1つのシリーズの組成物（「Qシリーズ」）を、11.5モル％の総ドーパントで、式Zr0.801Sc0.10-xCe0.009In0.091+xO2-d（式中0≦x≦0.082）で創出することができる。Qシリーズについての式はまた、Zr0.801Sc0.10-xCe0.009In0.091+xOd（式中1.8≦d≦2および0≦x≦0.082）として書くこともできる。このシリーズの組成物においては、1:1の比でSc3+イオンがIn3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、セリウム、および酸素のレベルは一定のままである。親ドーパント材料は、5.5Sc2O3-5In2O3-1CeO2であり得る。試料組成物は、Sc2O3を4.5モル％までのIn2O3で置換することにより（例えば、5.5Sc2O3-5In2O3-1CeO2〜1Sc2O3-9.5In2O3-1CeO2）、創出することができる。Qシリーズを作製するために使用され得るいくつかのx値は、0および0.010であり、それにより以下の組成物を創出する。
Q0：Zr0.801Sc0.10Ce0.009In0.091O1.91
Q1：Zr0.825Sc0.091Ce0.09In0.10O1.91
Q0：Zr0.801Sc0.10Ce0.009In0.091O1.91
Q1：Zr0.825Sc0.091Ce0.09In0.10O1.91
x＝0では、追加のスカンジウムイオンは置換されておらず、存在するインジウムの量は、親ドーパント材料においてと同じである。
別の例において、あるシリーズの組成物（「Rシリーズ」）を、12モル％の総ドーパントで、式Zr0.793Sc0.110-xCe0.009In0.090+xO2-d（式中0≦x≦0.09）で創出することができる。Rシリーズについての式はまた、Zr0.793Sc0.110-xCe0.009In0.090+xOd（式中1.8≦d≦2および0≦x≦0.09）としても書くことができる。このシリーズの組成物においては、1:1の比でSc3+イオンがIn3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、セリウム、および酸素のレベルは一定のままである。親ドーパント材料は、6Sc2O3-5In2O3-1CeO2であり得る。試料組成物は、Sc2O3を5モル％までのIn2O3で置換することにより（例えば、6Sc2O3-5In2O3-1CeO2〜1Sc2O3-10In2O3-1CeO2）、創出することができる。Rシリーズを作製するために使用され得るいくつかのx値は、0、0.009、および0.018であり、それにより以下の組成物を創出する。
R0：Zr0.793Sc0.110Ce0.009In0.090 O1.90
R1：Zr0.793Sc0.101Ce0.009In0.099 O1.90
R2：Zr0.793Sc0.092Ce0.009In0.108O1.90
R0：Zr0.793Sc0.110Ce0.009In0.090 O1.90
R1：Zr0.793Sc0.101Ce0.009In0.099 O1.90
R2：Zr0.793Sc0.092Ce0.009In0.108O1.90
x＝0では、追加のスカンジウムイオンは置換されておらず、存在するインジウムの量は、親ドーパント材料においてと同じである。
別の態様において、全体で12モル％のドーパントを有する、関連するシリーズの組成物（「R'シリーズ」）もまた、インジウムのみを共ドープし、セリウムまたはセリアを欠失しているスカンジア安定化ジルコニアで創出することができる。R'シリーズは、式Zr0.786Sc0.143-xIn0.071+xO2-d（式中0≦x≦0.125）を有し得る。R'シリーズについての式はまた、Zr0.786Sc0.143-xIn0.071+xOd（式中1.8≦d≦2および0≦x≦0.125）としても書くことができる。このシリーズの組成物においては、1:1の比でSc3+イオンがIn3+イオンに置換され、他方、ジルコニウムおよび酸素のレベルは一定のままである。親ドーパント材料は、8Sc2O3-4In2O3であり得る。試料組成物は、Sc2O3を7モル％までのIn2O3で置換することにより（例えば、8Sc2O3-4In2O3〜1Sc2O3-11In2O3）、創出することができる。Rシリーズを作製するために使用され得るいくつかのx値は、0および0.036であり、それにより以下の組成物を創出する。
R'0：Zr0.786Sc0.143In0.071O1.89
R'1：Zr0.786Sc0.107In0.107O1.89
R'0：Zr0.786Sc0.143In0.071O1.89
R'1：Zr0.786Sc0.107In0.107O1.89
x＝0では、追加のスカンジウムイオンは置換されておらず、存在するインジウムの量は、親ドーパント材料においてと同じである。x＝0.036では、インジウムおよびスカンジウムの量は、ドーパント材料においてと同等である。
別の例において、13モル％の総ドーパントを有するあるシリーズの組成物（「Sシリーズ」）を、酸化インジウムおよびセリアを共ドープしたスカンジア安定化ジルコニアを用いて創出することができる。Sシリーズは、式Zr0.777Sc0.107-xCe0.009In0.107+xO2-d（式中0≦x≦0.089）を有し得る。Sシリーズについての式はまた、Zr0.777Sc0.107-xCe0.009In0.107+xOd（式中1.8≦d≦2および0≦x≦0.089）としても書くことができる。このシリーズの組成物においては、1:1の比でSc3+イオンがIn3+イオンに置換され、他方、ジルコニウム、セリウム、および酸素のレベルは一定のままである。親ドーパント材料は、6Sc2O3-6In2O3-1CeO2であり得る。試料組成物は、Sc2O3を5モル％までのIn2O3で置換することにより（例えば、6Sc2O3-6In2O3-1CeO2〜1Sc2O3-11In2O3-1CeO2）、創出することができる。Sシリーズを作製するために使用され得るいくつかのx値は、0および0.018であり、それにより以下の組成物を創出する。
S0：Zr0.777Sc0.107Ce0.009In0.090 O1.87
S1：Zr0.793Sc0.101Ce0.009In0.099 O1.87
S0：Zr0.777Sc0.107Ce0.009In0.090 O1.87
S1：Zr0.793Sc0.101Ce0.009In0.099 O1.87
別の態様において、全体で13モル％のドーパントを有する、関連するシリーズの組成物（S'シリーズ）もまた、インジウムのみを共ドープしたスカンジア安定化ジルコニアで創出することができる。S'シリーズは、式Zr0.770Sc0.142-xIn0.088+xO2-d（式中0≦x≦0.125）を有し得る。S'シリーズについての式はまた、Zr0.770Sc0.142-xIn0.088+xOd（式中1.8≦d≦2および0≦x≦0.125）としても書くことができる。このシリーズの組成物においては、1:1の比でSc3+イオンがIn3+イオンに置換され、他方、ジルコニウムおよび酸素のレベルは一定のままである。親ドーパント材料は、8Sc2O3-5In2O3であり得る。試料組成物は、Sc2O3を7モル％までのIn2O3で置換することにより（例えば、8Sc2O3-5In2O3〜1Sc2O3-12In2O3）、創出することができる。
図19A〜図19Cは、Oシリーズ、Pシリーズ、Qシリーズ、Rシリーズ、およびSシリーズの試料組成物について、直流伝導率の変動を示すグラフである。図19Aは、スカンジウム含量が7.2原子％から18.2原子％まで変動する、離散整数のスカンジウム含量（原子％ Sc3+として測定）の関数として、これらのシリーズにおける試料組成物の直流伝導率を示す。図19Bは、インジウム含量が0原子％から10.9原子％まで変動する、インジウム含量（原子％ In3+として測定）の関数として、試料組成物の直流伝導率の変動を示す。図19Cは、インジウム含量に対するスカンジウム含量の比の関数として、試料組成物の直流伝導率の変動を示す（ドーパント組成物が0％の酸化インジウムを有するOシリーズ試料を除く）。
データプロットにより示されるように、試料の直流伝導率は、80 mS/cm〜220 mS/cmの間の値であり得る。データプロットによりまた示されるように、少なくとも215 mS/cm、例えば215〜220 mS/cmのピーク直流伝導率レベルが、おおよそZr0.809Sc0.163Ce0.009In0.018O1.9の試料式を有する、約16.3原子％スカンジウム、および約1.8原子％インジウムを含む試料において、Oシリーズ中で達成され得る。ピーク直流伝導率レベルでのスカンジウムおよびインジウムの量は、9モル％ Sc2O3、1モル％ In2O3、および1モル％ CeO2のドーパント材料に対応する。従って、Oシリーズのこのシリーズは、式Zr1-w-y-zScwCezInyOd（式中、0.072≦w≦0.182、0≦y≦0.1098、0.008≦z≦0.1、および1.8≦d≦2）を有するとして記載することができる。1つの態様において、スカンジウムイオン濃度（w）は、w＝0.182 - yを特徴とすることができ、セリウムイオン濃度（z）は、z＝0.009を特徴とすることができる。別の態様において、インジウムイオン濃度（y）は、y＝0.018を特徴とすることができる。
図20Aおよび図20Bは、上記で議論された特性を有し得るスカンジア安定化ジルコニア組成物の種々の例示シリーズについて、直流伝導率の結果の概要を示すグラフである。図20Aは、離散整数のスカンジウム含量（原子％ Sc3+として測定）の関数として、これらのシリーズにおける試料組成物の直流伝導率を示す。図20Bは、酸素化学量論組成の関数として、これらのシリーズにおける試料組成物の直流伝導率を示す。
図21は、態様BシリーズおよびHシリーズの、マグネシアをドープしたスカンジア安定化ジルコニアの試料高伝導率組成物を示す三元相図である。
スカンジア安定化ジルコニア組成物の種々の例示シリーズにおいて実証されるように、BシリーズおよびHシリーズの組成物は、高い相対伝導率を有し得る。例えば、試料B1.5組成物は、232 mS/cmの直流伝導率を有し得る。別の例において、試料H2組成物およびH1組成物は、それぞれ、199mS/cmおよび171mS/cmの直流伝導率を有し得る。
別の例において、試料K2組成物は、145mS/cmの相対的に高い伝導率を有し得る。別の例において、試料L2組成物もまた、145 mS/cmの相対的に高い伝導率を有し得る。別の例において、In2O3をドープした組成物は、約195mS/cmの相対的に高い伝導率を有し得る。
上記の組成物を、固体酸化物燃料電池電解質のために使用することができる。電解質は、一方の側のアノード電極（例えば、ニッケルおよび安定化ジルコニアおよび／またはドープセリアサーメット）ならびに反対側のカソード電極（例えば、ランタンストロンチウムマンガナート）と共に成形された平板であってもよい。電解質、アノード電極およびカソード電極を含む燃料電池は、燃料電池スタック中に配置されてもよい。本明細書において使用される「燃料電池スタック」という用語は、共通の空気および燃料の入口および排出通路、マニホールド、またはライザーを共有し得る、インターコネクトにより分離されている複数の積層された燃料電池を意味する。本明細書において使用される「燃料電池スタック」は、電力調整装置に接続されている2個のエンドプレートおよびスタックの電力（すなわち電気）の出力を含む別個の電気実体を含む。従って、いくつかの構成においては、そのような別個の電気実体からの電力の出力を、他のスタックとは別々に制御することができる。本明細書において使用される「燃料電池スタック」という用語はまた、別個の電気実体の一部を含む。例えば、スタックは、同じエンドプレートを共有してもよい。この場合には、スタックは、カラムなどの別個の電気実体を連帯的に含む。この場合には、両方のスタックからの電力の出力を、別々に制御することはできない。
上記の組成物を表す式は、本発明の範囲を特定の原子パーセンテージまたはモルパーセンテージに限定するようには意図されないが、関連する組成物の種々のシリーズの開示を促進するために提供される。例えば、「O2-d」または「Od」のような酸素の表示は、例えば、ドーピングの総量、組成物中のカチオンの原子価などに依存し得る、可変量の酸素を提供する。上記で議論された組成物のシリーズにおいて存在し得る酸素の例示量は、非限定的に、以下を含む：Pシリーズにおいて1.92原子％酸素；Qシリーズにおいて1.91原子％酸素、Rシリーズにおいて1.90原子％酸素；R'シリーズにおいて1.89原子％酸素；およびSシリーズにおいて1.87原子％酸素。
本発明の前述の説明は、例証および説明の目的で呈示されている。これは、網羅的であること、または本発明を開示された正確な形態に限定することを意図されておらず、修飾および変動が、上記の教示を考慮して可能であり、または本発明の実施から獲得されてもよい。説明は、本発明の原理およびその実際の応用を明らかにするために選択された。本発明の範囲は、本明細書に添付されている特許請求の範囲およびその同等物により定義されることが、意図される。
Claims (26)
- スカンジア、ならびに、マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つで安定化されたジルコニアを含む、固体酸化物燃料電池のための電解質組成物。
- マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つが、酸化インジウムを含む、請求項1記載の電解質組成物。
- スカンジア、ならびに、マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つで安定化されたジルコニアが、セリアでさらに安定化されている、請求項1記載の電解質組成物。
- スカンジア、ならびに、マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つが、8モル％以上かつ14モル％以下である総量で存在している、請求項1記載の電解質組成物。
- マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つが、酸化インジウムを含み；かつ
スカンジアおよび酸化インジウムが、11モル％以上かつ13モル％以下である総量で存在している、
請求項4記載の電解質組成物。 - マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つが、酸化インジウムを含み；かつ
スカンジア、酸化インジウム、およびセリアが、8モル％超かつ14モル％未満である総量で存在している、
請求項3記載の電解質組成物。 - スカンジア、酸化インジウム、およびセリアが、9モル％以上かつ13モル％以下である総量で存在している、請求項6記載の電解質組成物。
- スカンジア、酸化インジウム、およびセリアが、11モル％以上かつ13モル％以下である総量で存在している、請求項7記載の電解質組成物。
- スカンジア、酸化インジウム、およびセリアが、約11モル％の総量で存在している、請求項8記載の電解質組成物。
- 式Zr1-w-yScwInyOdを特徴とし、式中、0.018≦w≦0.18、0.018≦y≦0.18、および1.8≦d≦2である、請求項5記載の電解質組成物。
- 式中、0.017≦w≦0.143および0.071≦y≦0.123である、請求項10記載の電解質組成物。
- スカンジウム含量が、w＝0.198 - yを特徴とする、請求項11記載の電解質組成物。
- インジウム含量が、y＝0.054を特徴とする、請求項11記載の電解質組成物。
- 式Zr1-w-y-zScwCezInyOdを特徴とし、式中、0≦w≦0.182、0≦y≦0.164、0.008≦z≦0.01、および1.8≦d≦2である、請求項6記載の電解質組成物。
- 式中、0≦w≦0.164である、請求項14記載の電解質組成物。
- 式中、0.072≦w≦0.182および0≦y≦0.1098である、請求項14記載の電解質組成物。
- 式中、w＝0.182 - y、y＝0.018、およびz＝0.009である、請求項14記載の電解質組成物。
- 式中、w＝0.164 - yおよびz＝0.009である、請求項14記載の電解質組成物。
- マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つが、酸化インジウムを含み、かつ、電解質が、少なくとも215 mS/cmの直流伝導率を有する、請求項1記載の電解質組成物。
- スカンジア、セリア、および酸化インジウムで安定化されたジルコニアを含む、固体酸化物燃料電池のための電解質組成物。
- ジルコニアが約87〜91モル％の量で存在し、かつ、スカンジア、セリア、および酸化インジウムが、約9〜13モル％の総量で存在している、請求項20記載の電解質組成物。
- ジルコニアが約89モル％の量で存在し、セリアが約1モル％の量で存在し、かつ、スカンジアおよび酸化インジウムが、約10モル％の総量で存在している、請求項21記載の電解質組成物。
- 約10モル％の総量のスカンジアおよび酸化インジウムが、1〜9モル％のスカンジアおよび1〜9モル％の酸化インジウムを含む、請求項22記載の方法。
- 共沈を用いて、スカンジア、ならびに、マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つで安定化されたジルコニア電解質を形成する工程を含む、固体酸化物燃料電池のための電解質組成物を作製する方法。
- スカンジア、ならびに、マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つで安定化されたジルコニア電解質を形成する工程が、スカンジアおよび酸化インジウムで安定化されたジルコニア電解質を形成する工程を含む、請求項24記載の方法。
- スカンジア、ならびに、マグネシア、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化ガリウムのうちの少なくとも1つで安定化されたジルコニア電解質が、セリアでさらに安定化される、請求項24記載の方法。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201261728270P | 2012-11-20 | 2012-11-20 | |
| US61/728,270 | 2012-11-20 | ||
| US201361792699P | 2013-03-15 | 2013-03-15 | |
| US61/792,699 | 2013-03-15 | ||
| PCT/US2013/070783 WO2014081716A1 (en) | 2012-11-20 | 2013-11-19 | Doped scandia stabilized zirconia electrolyte compositions |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018091247A Division JP6649431B2 (ja) | 2012-11-20 | 2018-05-10 | ドープされたスカンジア安定化ジルコニア電解質組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015535645A true JP2015535645A (ja) | 2015-12-14 |
| JP6339582B2 JP6339582B2 (ja) | 2018-06-06 |
Family
ID=50728256
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015543115A Active JP6339582B2 (ja) | 2012-11-20 | 2013-11-19 | ドープされたスカンジア安定化ジルコニア電解質組成物 |
| JP2018091247A Active JP6649431B2 (ja) | 2012-11-20 | 2018-05-10 | ドープされたスカンジア安定化ジルコニア電解質組成物 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018091247A Active JP6649431B2 (ja) | 2012-11-20 | 2018-05-10 | ドープされたスカンジア安定化ジルコニア電解質組成物 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US9515344B2 (ja) |
| JP (2) | JP6339582B2 (ja) |
| CN (2) | CN104798237B (ja) |
| TW (3) | TWI667841B (ja) |
| WO (1) | WO2014081716A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9515344B2 (en) | 2012-11-20 | 2016-12-06 | Bloom Energy Corporation | Doped scandia stabilized zirconia electrolyte compositions |
| JP5770400B1 (ja) * | 2014-05-26 | 2015-08-26 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| JP6483057B2 (ja) | 2016-06-10 | 2019-03-13 | 双葉電子工業株式会社 | パラメータ設定装置 |
| CN110970148B (zh) * | 2019-12-24 | 2021-03-02 | 东北大学 | 一种复合氧化物质子导体材料及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06150943A (ja) * | 1992-11-05 | 1994-05-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸素イオン導伝体及び固体燃料電池 |
| JP2003068324A (ja) * | 2001-06-15 | 2003-03-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素イオン伝導性固体電解質並びにこれを用いた電気化学デバイス及び固体電解質型燃料電池 |
| JP2007026874A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Toho Gas Co Ltd | ジルコニア系固体電解質およびこれを用いた固体酸化物形燃料電池 |
| JP2012212563A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Nippon Shokubai Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート、並びにそれを用いた固体酸化物形燃料電池用単セル |
Family Cites Families (166)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL300914A (ja) | 1962-11-23 | 1900-01-01 | ||
| US4575407A (en) | 1962-12-03 | 1986-03-11 | Diller Isaac M | Product and process for the activation of an electrolytic cell |
| CH594292A5 (ja) | 1974-11-19 | 1978-01-13 | Raffinage Cie Francaise | |
| US4103765A (en) | 1977-04-05 | 1978-08-01 | Eaton Corporation | Resilient support for coil of viscous fluid drive |
| CA1117589A (en) | 1978-03-04 | 1982-02-02 | David E. Brown | Method of stabilising electrodes coated with mixed oxide electrocatalysts during use in electrochemical cells |
| US4272353A (en) | 1980-02-29 | 1981-06-09 | General Electric Company | Method of making solid polymer electrolyte catalytic electrodes and electrodes made thereby |
| US4459340A (en) | 1982-04-30 | 1984-07-10 | Board Of Trustees, Stanford University | Method for producing electricity from a fuel cell having solid-oxide ionic electrolyte |
| EP0180538A1 (en) | 1984-10-23 | 1986-05-07 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Solid electrolyte fuel cell and method for preparing it |
| US4925745A (en) | 1985-03-29 | 1990-05-15 | Institute Of Gas Technoloy | Sulfur tolerant molten carbonate fuel cell anode and process |
| JPS6215778A (ja) | 1985-07-11 | 1987-01-24 | 日産自動車株式会社 | 車両用メガネ端子 |
| US4791079A (en) * | 1986-06-09 | 1988-12-13 | Arco Chemical Company | Ceramic membrane for hydrocarbon conversion |
| US4792502A (en) | 1986-11-14 | 1988-12-20 | International Fuel Cells Corporation | Apparatus for producing nitrogen |
| US4913982A (en) | 1986-12-15 | 1990-04-03 | Allied-Signal Inc. | Fabrication of a monolithic solid oxide fuel cell |
| US4847173A (en) | 1987-01-21 | 1989-07-11 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electrode for fuel cell |
| US4804592A (en) | 1987-10-16 | 1989-02-14 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Composite electrode for use in electrochemical cells |
| US4898792A (en) | 1988-12-07 | 1990-02-06 | Westinghouse Electric Corp. | Electrochemical generator apparatus containing modified high temperature insulation and coated surfaces for use with hydrocarbon fuels |
| US4917971A (en) | 1989-03-03 | 1990-04-17 | Energy Research Corporation | Internal reforming fuel cell system requiring no recirculated cooling and providing a high fuel process gas utilization |
| US5302470A (en) | 1989-05-16 | 1994-04-12 | Osaka Gas Co., Ltd. | Fuel cell power generation system |
| JPH03196465A (ja) | 1989-12-25 | 1991-08-27 | Yuasa Battery Co Ltd | 燃料電池用固体電解質の製造方法 |
| US4983471A (en) | 1989-12-28 | 1991-01-08 | Westinghouse Electric Corp. | Electrochemical cell apparatus having axially distributed entry of a fuel-spent fuel mixture transverse to the cell lengths |
| US5034287A (en) | 1990-04-23 | 1991-07-23 | International Fuel Cells Corporation | Fuel cell cooling using heat of reaction |
| CA2018639A1 (en) | 1990-06-08 | 1991-12-08 | James D. Blair | Method and apparatus for comparing fuel cell voltage |
| US6592965B1 (en) | 1990-07-06 | 2003-07-15 | Igr Enterprises, Inc. | Ductile ceramic composite electrolyte |
| US5169730A (en) | 1990-07-25 | 1992-12-08 | Westinghouse Electric Corp. | Electrochemical cell apparatus having an exterior fuel mixer nozzle |
| US5143800A (en) | 1990-07-25 | 1992-09-01 | Westinghouse Electric Corp. | Electrochemical cell apparatus having combusted exhaust gas heat exchange and valving to control the reformable feed fuel composition |
| US5047299A (en) | 1990-07-25 | 1991-09-10 | Westinghouse Electric Corp. | Electrochemical cell apparatus having an integrated reformer-mixer nozzle-mixer diffuser |
| US5290642A (en) | 1990-09-11 | 1994-03-01 | Alliedsignal Aerospace | Method of fabricating a monolithic solid oxide fuel cell |
| US5162167A (en) | 1990-09-11 | 1992-11-10 | Allied-Signal Inc. | Apparatus and method of fabricating a monolithic solid oxide fuel cell |
| US5256499A (en) | 1990-11-13 | 1993-10-26 | Allied Signal Aerospace | Monolithic solid oxide fuel cells with integral manifolds |
| US5290323A (en) | 1990-12-10 | 1994-03-01 | Yuasa Corporation | Manufacturing method for solid-electrolyte fuel cell |
| US5171645A (en) | 1991-01-08 | 1992-12-15 | Gas Research Institute, Inc. | Zirconia-bismuth oxide graded electrolyte |
| JPH04292865A (ja) | 1991-03-20 | 1992-10-16 | Ngk Insulators Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| DE4114644A1 (de) | 1991-05-04 | 1992-11-05 | Abb Patent Gmbh | Verfahren zur mechanischen verbindung von hochtemperaturbrennstoffzellen mit einem brennstoffzellentraeger |
| US5215946A (en) | 1991-08-05 | 1993-06-01 | Allied-Signal, Inc. | Preparation of powder articles having improved green strength |
| US5273837A (en) | 1992-12-23 | 1993-12-28 | Corning Incorporated | Solid electrolyte fuel cells |
| US5368667A (en) | 1993-01-29 | 1994-11-29 | Alliedsignal Inc. | Preparation of devices that include a thin ceramic layer |
| US5342705A (en) | 1993-06-04 | 1994-08-30 | Allied-Signal, Inc. | Monolithic fuel cell having a multilayer interconnect |
| JP3064167B2 (ja) | 1993-09-01 | 2000-07-12 | 三菱重工業株式会社 | 固体電解質燃料電池 |
| US5589285A (en) | 1993-09-09 | 1996-12-31 | Technology Management, Inc. | Electrochemical apparatus and process |
| JP3196465B2 (ja) | 1993-12-24 | 2001-08-06 | 三菱マテリアル株式会社 | 射出成形用金型 |
| TW299345B (ja) | 1994-02-18 | 1997-03-01 | Westinghouse Electric Corp | |
| JP3349245B2 (ja) | 1994-03-04 | 2002-11-20 | 三菱重工業株式会社 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
| US5498487A (en) | 1994-08-11 | 1996-03-12 | Westinghouse Electric Corporation | Oxygen sensor for monitoring gas mixtures containing hydrocarbons |
| DK112994A (da) | 1994-09-29 | 1996-03-30 | Haldor Topsoe As | Fremgangsmåde til fremstilling af elektricitet i en intern reformet højtemperatur brændselscelle |
| US5441821A (en) | 1994-12-23 | 1995-08-15 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical fuel cell system with a regulated vacuum ejector for recirculation of the fluid fuel stream |
| US5505824A (en) | 1995-01-06 | 1996-04-09 | United Technologies Corporation | Propellant generator and method of generating propellants |
| US5601937A (en) | 1995-01-25 | 1997-02-11 | Westinghouse Electric Corporation | Hydrocarbon reformer for electrochemical cells |
| AUPN173595A0 (en) | 1995-03-15 | 1995-04-06 | Ceramic Fuel Cells Limited | Fuel cell interconnect device |
| US5733675A (en) | 1995-08-23 | 1998-03-31 | Westinghouse Electric Corporation | Electrochemical fuel cell generator having an internal and leak tight hydrocarbon fuel reformer |
| US5573867A (en) | 1996-01-31 | 1996-11-12 | Westinghouse Electric Corporation | Purge gas protected transportable pressurized fuel cell modules and their operation in a power plant |
| US5741605A (en) | 1996-03-08 | 1998-04-21 | Westinghouse Electric Corporation | Solid oxide fuel cell generator with removable modular fuel cell stack configurations |
| US5741406A (en) | 1996-04-02 | 1998-04-21 | Northerwestern University | Solid oxide fuel cells having dense yttria-stabilized zirconia electrolyte films and method of depositing electrolyte films |
| US5686196A (en) | 1996-10-09 | 1997-11-11 | Westinghouse Electric Corporation | System for operating solid oxide fuel cell generator on diesel fuel |
| US5955039A (en) | 1996-12-19 | 1999-09-21 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Coal gasification and hydrogen production system and method |
| US6238816B1 (en) | 1996-12-30 | 2001-05-29 | Technology Management, Inc. | Method for steam reforming hydrocarbons using a sulfur-tolerant catalyst |
| US5993989A (en) | 1997-04-07 | 1999-11-30 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Interfacial material for solid oxide fuel cell |
| CA2242176C (en) | 1997-06-30 | 2009-01-27 | Ballard Power Systems Inc. | Solid polymer fuel cell system and method for humidifying and adjusting the temperature of a reactant stream |
| US6013385A (en) | 1997-07-25 | 2000-01-11 | Emprise Corporation | Fuel cell gas management system |
| US5922488A (en) | 1997-08-15 | 1999-07-13 | Exxon Research And Engineering Co., | Co-tolerant fuel cell electrode |
| US6051125A (en) | 1998-09-21 | 2000-04-18 | The Regents Of The University Of California | Natural gas-assisted steam electrolyzer |
| JP3777903B2 (ja) | 1998-10-14 | 2006-05-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 電極−電解質間に傾斜組成を持つ固体酸化物型燃料電池 |
| US6228521B1 (en) | 1998-12-08 | 2001-05-08 | The University Of Utah Research Foundation | High power density solid oxide fuel cell having a graded anode |
| JP2000281438A (ja) | 1999-03-31 | 2000-10-10 | Nippon Shokubai Co Ltd | ジルコニアシート及びその製法 |
| US6403245B1 (en) | 1999-05-21 | 2002-06-11 | Microcoating Technologies, Inc. | Materials and processes for providing fuel cells and active membranes |
| JP2000340240A (ja) | 1999-05-31 | 2000-12-08 | Toho Gas Co Ltd | 高イオン導電性固体電解質材料及びそれを用いた固体電解質型燃料電池 |
| US6682842B1 (en) | 1999-07-31 | 2004-01-27 | The Regents Of The University Of California | Composite electrode/electrolyte structure |
| US6605316B1 (en) | 1999-07-31 | 2003-08-12 | The Regents Of The University Of California | Structures and fabrication techniques for solid state electrochemical devices |
| US6329090B1 (en) | 1999-09-03 | 2001-12-11 | Plug Power Llc | Enthalpy recovery fuel cell system |
| US6280865B1 (en) | 1999-09-24 | 2001-08-28 | Plug Power Inc. | Fuel cell system with hydrogen purification subsystem |
| US6489050B1 (en) | 1999-11-01 | 2002-12-03 | Technology Management, Inc. | Apparatus and method for cooling high-temperature fuel cell stacks |
| US6361892B1 (en) | 1999-12-06 | 2002-03-26 | Technology Management, Inc. | Electrochemical apparatus with reactant micro-channels |
| EP1113518B1 (en) | 1999-12-27 | 2013-07-10 | Corning Incorporated | Solid oxide electrolyte, fuel cell module and manufacturing method |
| US6451466B1 (en) | 2000-04-06 | 2002-09-17 | Utc Fuel Cells, Llc | Functional integration of multiple components for a fuel cell power plant |
| US6630264B2 (en) | 2000-05-01 | 2003-10-07 | Delphi Technologies, Inc. | Solid oxide fuel cell process gas sampling for analysis |
| US6835488B2 (en) | 2000-05-08 | 2004-12-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell with patterned electrolyte/electrode interface |
| AU2001274926A1 (en) | 2000-05-22 | 2001-12-03 | Acumentrics Corporation | Electrode-supported solid state electrochemical cell |
| DE10026940A1 (de) | 2000-05-30 | 2001-12-06 | Creavis Tech & Innovation Gmbh | Elektrochemische Zelle zur Oxidation organischer Verbindungen und elektrokatalytischer Oxidationsprozess |
| US6558831B1 (en) | 2000-08-18 | 2003-05-06 | Hybrid Power Generation Systems, Llc | Integrated SOFC |
| JP2004507877A (ja) | 2000-09-01 | 2004-03-11 | グローバル サーモエレクトリック インコーポレイテッド | 高温燃料電池の陽極酸化保護 |
| US6767662B2 (en) | 2000-10-10 | 2004-07-27 | The Regents Of The University Of California | Electrochemical device and process of making |
| JP4771579B2 (ja) | 2000-10-23 | 2011-09-14 | 東邦瓦斯株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| US6811913B2 (en) | 2000-11-15 | 2004-11-02 | Technology Management, Inc. | Multipurpose reversible electrochemical system |
| CA2431231A1 (en) | 2001-01-12 | 2002-07-18 | Global Thermoelectric Inc. | Redox solid oxide fuel cell |
| US7294421B2 (en) | 2001-02-07 | 2007-11-13 | Delphi Technologies, Inc. | Solid oxide auxiliary power unit reformate control |
| US20020127455A1 (en) | 2001-03-08 | 2002-09-12 | The Regents Of The University Of California | Ceria-based solid oxide fuel cells |
| US6803141B2 (en) | 2001-03-08 | 2004-10-12 | The Regents Of The University Of California | High power density solid oxide fuel cells |
| US6677070B2 (en) | 2001-04-19 | 2004-01-13 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Hybrid thin film/thick film solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same |
| US6623880B1 (en) | 2001-05-29 | 2003-09-23 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Fuel cell-fuel cell hybrid system |
| AT4810U1 (de) | 2001-05-31 | 2001-11-26 | Plansee Ag | Stromsammler für sofc-brennstoffzellen |
| US6495279B1 (en) | 2001-10-02 | 2002-12-17 | Ford Global Technologies, Inc. | Ultrahigh power density miniaturized solid-oxide fuel cell |
| US6990592B2 (en) | 2002-02-08 | 2006-01-24 | Enterasys Networks, Inc. | Controlling concurrent usage of network resources by multiple users at an entry point to a communications network based on identities of the users |
| US7067208B2 (en) | 2002-02-20 | 2006-06-27 | Ion America Corporation | Load matched power generation system including a solid oxide fuel cell and a heat pump and an optional turbine |
| US20030196893A1 (en) | 2002-04-23 | 2003-10-23 | Mcelroy James Frederick | High-temperature low-hydration ion exchange membrane electrochemical cell |
| US6854688B2 (en) | 2002-05-03 | 2005-02-15 | Ion America Corporation | Solid oxide regenerative fuel cell for airplane power generation and storage |
| JP4524791B2 (ja) | 2002-08-06 | 2010-08-18 | Ｔｏｔｏ株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
| US6972161B2 (en) | 2002-10-10 | 2005-12-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell assembly and method of making the same |
| CN1297026C (zh) | 2002-10-11 | 2007-01-24 | 株式会社日本触媒 | 固体氧化物型燃料电池用电解质薄片及其制法 |
| US6821663B2 (en) | 2002-10-23 | 2004-11-23 | Ion America Corporation | Solid oxide regenerative fuel cell |
| WO2005017226A1 (en) | 2003-01-10 | 2005-02-24 | University Of Connecticut | Coatings, materials, articles, and methods of making thereof |
| US6924053B2 (en) | 2003-03-24 | 2005-08-02 | Ion America Corporation | Solid oxide regenerative fuel cell with selective anode tail gas circulation |
| US7045238B2 (en) | 2003-03-24 | 2006-05-16 | Ion America Corporation | SORFC power and oxygen generation method and system |
| US7575822B2 (en) | 2003-04-09 | 2009-08-18 | Bloom Energy Corporation | Method of optimizing operating efficiency of fuel cells |
| US7482078B2 (en) | 2003-04-09 | 2009-01-27 | Bloom Energy Corporation | Co-production of hydrogen and electricity in a high temperature electrochemical system |
| US7364810B2 (en) | 2003-09-03 | 2008-04-29 | Bloom Energy Corporation | Combined energy storage and fuel generation with reversible fuel cells |
| AU2004247229B2 (en) | 2003-06-09 | 2006-12-14 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Fused zirconia-based solid oxide fuel cell |
| AU2004252862B2 (en) | 2003-06-09 | 2008-04-17 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Stack supported solid oxide fuel cell |
| US7531261B2 (en) | 2003-06-30 | 2009-05-12 | Corning Incorporated | Textured electrolyte sheet for solid oxide fuel cell |
| US20070082254A1 (en) | 2003-08-06 | 2007-04-12 | Kenichi Hiwatashi | Solid oxide fuel cell |
| US7150927B2 (en) | 2003-09-10 | 2006-12-19 | Bloom Energy Corporation | SORFC system with non-noble metal electrode compositions |
| US20060166070A1 (en) | 2003-09-10 | 2006-07-27 | Ion America Corporation | Solid oxide reversible fuel cell with improved electrode composition |
| WO2005041329A1 (en) | 2003-09-30 | 2005-05-06 | Pirelli & C. S.P.A. | Solid oxide fuel cell |
| US7618731B2 (en) * | 2003-12-17 | 2009-11-17 | University Of Dayton | Ceramic-ceramic nanocomposite electrolyte |
| US7422810B2 (en) | 2004-01-22 | 2008-09-09 | Bloom Energy Corporation | High temperature fuel cell system and method of operating same |
| CA2561214A1 (en) | 2004-03-31 | 2006-02-23 | Corning Incorporated | Fuel cell device with varied active area sizes |
| US20050227134A1 (en) | 2004-04-13 | 2005-10-13 | Ion American Corporation | Offset interconnect for a solid oxide fuel cell and method of making same |
| JP5260052B2 (ja) | 2004-06-10 | 2013-08-14 | テクニカル ユニバーシティ オブ デンマーク | 固体酸化物型燃料電池 |
| US7455925B2 (en) | 2004-07-08 | 2008-11-25 | Angstrom Power Incorporated | Thin-layer fuel cell structure |
| WO2007001343A2 (en) | 2004-08-20 | 2007-01-04 | Ion America Corporation | Nanostructured fuel cell electrode |
| CN1635658A (zh) * | 2004-11-09 | 2005-07-06 | 施秀英 | 中、低温陶瓷氧化物燃料电池及制备工艺方法 |
| JP5031187B2 (ja) | 2004-11-19 | 2012-09-19 | 東邦瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池用燃料極および固体酸化物形燃料電池 |
| US8252478B2 (en) * | 2005-01-31 | 2012-08-28 | Technical University Of Denmark | Redox-stable anode |
| EP1844517B1 (en) | 2005-02-02 | 2010-04-21 | Technical University of Denmark | A method for producing a reversible solid oxid fuel cell |
| JP4143938B2 (ja) | 2005-02-28 | 2008-09-03 | 東京電力株式会社 | 固体酸化物形燃料電池用セル及び固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法 |
| US7569292B2 (en) | 2005-03-04 | 2009-08-04 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US20090023027A1 (en) | 2005-03-23 | 2009-01-22 | Kazuo Hata | Fuel Electrode Material for Solid Oxide Fuel Cell, Fuel Electrode Using the Same, and Fuel Cell |
| US20060216575A1 (en) | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Ion America Corporation | Perovskite materials with combined Pr, La, Sr, "A" site doping for improved cathode durability |
| US7514166B2 (en) | 2005-04-01 | 2009-04-07 | Bloom Energy Corporation | Reduction of SOFC anodes to extend stack lifetime |
| US8075746B2 (en) | 2005-08-25 | 2011-12-13 | Ceramatec, Inc. | Electrochemical cell for production of synthesis gas using atmospheric air and water |
| US20090029195A1 (en) | 2005-10-19 | 2009-01-29 | Eidgenossische Technische Hochschule Zurich | Thin film and composite element produced from the same |
| US7931990B2 (en) | 2005-12-15 | 2011-04-26 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Solid oxide fuel cell having a buffer layer |
| US20070141444A1 (en) | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Fuel cell component having an electrolyte dopant |
| US20070141422A1 (en) | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Fuel cell component having an electrolyte dopant |
| JP2007172846A (ja) | 2005-12-19 | 2007-07-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | チューブ型電気化学リアクターセル及びそれらから構成される電気化学反応システム |
| JP2007265650A (ja) | 2006-03-27 | 2007-10-11 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電気化学リアクターセル用マニフォールド、スタック及びそれらから構成される電気化学反応システム |
| EP2013936A2 (en) | 2006-04-05 | 2009-01-14 | Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc. | A sofc stack having a high temperature bonded ceramic interconnect and method for making same |
| US8216738B2 (en) | 2006-05-25 | 2012-07-10 | Versa Power Systems, Ltd. | Deactivation of SOFC anode substrate for direct internal reforming |
| US7976686B2 (en) | 2006-07-22 | 2011-07-12 | Ceramatec, Inc. | Efficient reversible electrodes for solid oxide electrolyzer cells |
| KR20080010737A (ko) | 2006-07-28 | 2008-01-31 | 한국에너지기술연구원 | 고체산화물 연료전지 전해질용 입방정 스칸디아 안정화지르코니아와 그 제조 방법 |
| CN101500943B (zh) | 2006-08-17 | 2012-07-18 | H.C.施塔克有限公司 | 氧化锆及其生产方法 |
| US7968245B2 (en) | 2006-09-25 | 2011-06-28 | Bloom Energy Corporation | High utilization stack |
| US7820332B2 (en) * | 2006-09-27 | 2010-10-26 | Corning Incorporated | Electrolyte sheet with regions of different compositions and fuel cell device including such |
| WO2008048445A2 (en) | 2006-10-18 | 2008-04-24 | Bloom Energy Corporation | Anode with remarkable stability under conditions of extreme fuel starvation |
| DK1930974T3 (da) * | 2006-11-23 | 2012-07-09 | Univ Denmark Tech Dtu | Fremgangsmåde til fremstilling af reversible fastoxidceller |
| WO2008143657A1 (en) | 2006-12-28 | 2008-11-27 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc | Bilayer interconnnects for solid oxide fuel cells |
| JP2008189838A (ja) | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Nitto Denko Corp | 光学部材用粘着剤層およびその製造方法、粘着剤付光学部材、ならびに画像表示装置 |
| US20080254336A1 (en) | 2007-04-13 | 2008-10-16 | Bloom Energy Corporation | Composite anode showing low performance loss with time |
| US20080261099A1 (en) | 2007-04-13 | 2008-10-23 | Bloom Energy Corporation | Heterogeneous ceramic composite SOFC electrolyte |
| CN101295792A (zh) | 2007-04-24 | 2008-10-29 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种固体氧化物燃料电池复合阳极及其制备方法 |
| EP2031681A1 (en) | 2007-08-31 | 2009-03-04 | The Technical University of Denmark | Horizontally graded structures for electrochemical and electronic devices |
| JP2009064641A (ja) | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Toshiba Corp | 固体酸化物電気化学セルの燃料極、その製造方法、及び固体酸化物電気化学セル |
| CN101168486A (zh) * | 2007-11-21 | 2008-04-30 | 北京矿冶研究总院 | 氧化锆基电解质材料的制备方法 |
| KR100958514B1 (ko) | 2007-12-12 | 2010-05-17 | 한국생산기술연구원 | 고체산화물 연료전지의 제조방법 |
| KR100886239B1 (ko) | 2007-12-12 | 2009-02-27 | 한국생산기술연구원 | 반응 부산물 발생 억제 방법 및 이를 이용한 고체산화물연료전지와 그 제조방법 |
| US20100297534A1 (en) | 2008-01-30 | 2010-11-25 | Corning Corporated | Seal Structures for Solid Oxide Fuel Cell Devices |
| JP4771261B2 (ja) | 2008-02-27 | 2011-09-14 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電気化学リアクターバンドル、スタック及びそれらから構成される電気化学反応システム |
| JP5317274B2 (ja) | 2008-05-22 | 2013-10-16 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電気化学リアクターユニット、それらから構成される電気化学リアクターモジュール及び電気化学反応システム |
| JP5311913B2 (ja) | 2008-07-28 | 2013-10-09 | 東邦瓦斯株式会社 | 高イオン導電性固体電解質材料の製造方法 |
| KR100966098B1 (ko) | 2008-10-07 | 2010-06-28 | 한국에너지기술연구원 | 스칸디아가 치환 고용된 입방정 이트리아 안정화 지르코니아 및 이를 이용한 고체산화물연료전지 |
| US8617763B2 (en) | 2009-08-12 | 2013-12-31 | Bloom Energy Corporation | Internal reforming anode for solid oxide fuel cells |
| EP2492257B1 (en) * | 2009-10-23 | 2018-03-14 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Scandia-stabilised zirconia sintered powder, process for production of scandia-stabilized zirconia sintered powder, process for production of scandia-stabilized zirconia sheet |
| EP3432401B1 (en) * | 2010-01-26 | 2020-08-12 | Bloom Energy Corporation | Phase stable doped zirconia electrolyte compositions with low degradation |
| US20120023136A1 (en) * | 2010-07-21 | 2012-01-26 | Su-Chi Kuo | Matching Technology for Users of A Social Networking Site |
| JP5620316B2 (ja) * | 2010-09-09 | 2014-11-05 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子、光電気化学電池及び色素 |
| CN102180669B (zh) * | 2011-03-18 | 2013-01-16 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 电解质支撑型固体氧化物燃料电池的阴阳极共烧结方法 |
| US9515344B2 (en) | 2012-11-20 | 2016-12-06 | Bloom Energy Corporation | Doped scandia stabilized zirconia electrolyte compositions |
| JP6215778B2 (ja) | 2014-06-10 | 2017-10-18 | 有限会社近江蚊帳 | 蚊帳 |
-
2013
- 2013-11-19 US US14/083,708 patent/US9515344B2/en active Active
- 2013-11-19 JP JP2015543115A patent/JP6339582B2/ja active Active
- 2013-11-19 CN CN201380060253.1A patent/CN104798237B/zh active Active
- 2013-11-19 WO PCT/US2013/070783 patent/WO2014081716A1/en active Application Filing
- 2013-11-19 CN CN201811385986.3A patent/CN110061274B/zh active Active
- 2013-11-20 TW TW106134369A patent/TWI667841B/zh active
- 2013-11-20 TW TW102142390A patent/TWI611625B/zh active
- 2013-11-20 TW TW108115947A patent/TWI697149B/zh active
-
2016
- 2016-11-01 US US15/340,625 patent/US10381673B2/en active Active
-
2018
- 2018-05-10 JP JP2018091247A patent/JP6649431B2/ja active Active
-
2019
- 2019-05-08 US US16/406,961 patent/US10978726B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06150943A (ja) * | 1992-11-05 | 1994-05-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸素イオン導伝体及び固体燃料電池 |
| JP2003068324A (ja) * | 2001-06-15 | 2003-03-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素イオン伝導性固体電解質並びにこれを用いた電気化学デバイス及び固体電解質型燃料電池 |
| JP2007026874A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Toho Gas Co Ltd | ジルコニア系固体電解質およびこれを用いた固体酸化物形燃料電池 |
| JP2012212563A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Nippon Shokubai Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート、並びにそれを用いた固体酸化物形燃料電池用単セル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2014081716A1 (en) | 2014-05-30 |
| US20170117567A1 (en) | 2017-04-27 |
| US9515344B2 (en) | 2016-12-06 |
| US20190312294A1 (en) | 2019-10-10 |
| JP6649431B2 (ja) | 2020-02-19 |
| TW201803190A (zh) | 2018-01-16 |
| CN104798237B (zh) | 2018-12-14 |
| JP2018139220A (ja) | 2018-09-06 |
| TW201944640A (zh) | 2019-11-16 |
| TWI667841B (zh) | 2019-08-01 |
| CN104798237A (zh) | 2015-07-22 |
| TWI611625B (zh) | 2018-01-11 |
| CN110061274B (zh) | 2022-09-06 |
| JP6339582B2 (ja) | 2018-06-06 |
| US10978726B2 (en) | 2021-04-13 |
| TWI697149B (zh) | 2020-06-21 |
| TW201427162A (zh) | 2014-07-01 |
| CN110061274A (zh) | 2019-07-26 |
| US10381673B2 (en) | 2019-08-13 |
| US20140141344A1 (en) | 2014-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10978726B2 (en) | Doped scandia stabilized zirconia electrolyte compositions | |
| JP5311913B2 (ja) | 高イオン導電性固体電解質材料の製造方法 | |
| Singh | Influence of Bi2O3 additive on the electrical conductivity of calcia stabilized zirconia solid electrolyte | |
| JP2000340240A (ja) | 高イオン導電性固体電解質材料及びそれを用いた固体電解質型燃料電池 | |
| Kumar et al. | Oxygen‐ion conduction in scandia‐stabilized zirconia‐ceria solid electrolyte (xSc2O3–1CeO2–(99− x) ZrO2, 5≤ x≤ 11) | |
| Zhang et al. | Transitional metal-doped 8 mol% yttria-stabilized zirconia electrolytes | |
| Yang et al. | Increased electrical conductivity and the mechanism of samarium‐doped ceria/Al2O3 nanocomposite electrolyte | |
| JP2012528438A (ja) | カソード | |
| Irshad et al. | Investigating the microstructural and electrochemical performance of novel La 0.3 Ba 0.7 Zr 0.5 X 0.3 Y 0.2 (X= Gd, Mn, Ce) electrolytes at intermediate temperature SOFCs | |
| Lai et al. | Cold sintering process assisted sintering for 8YSZ ceramic: a way of achieving high density and electrical conductivity at a reduced sintering temperature | |
| KR101867161B1 (ko) | 환원 분위기 안정성을 개선한 고체산화물 연료전지용 스칸디아 안정화 지르코니아 전해질 | |
| KR101186766B1 (ko) | 고체산화물연료전지용 이소결성 지르코니아 전해질 | |
| Liu et al. | Electrolyte materials for solid oxide fuel cells (SOFCs) | |
| JP5436588B2 (ja) | 高イオン導電性固体電解質材料及び焼結体、並びに、固体電解質型燃料電池 | |
| KR101381643B1 (ko) | 고체산화물 연료전지용 전해질 재료 및 이를 이용한 고체산화물 연료전지용 전해질의 제조방법 | |
| JPH0891929A (ja) | 導電性セラミックスおよびその製造方法 | |
| Liu et al. | Preparation and properties of LSB-doped GDC electrolytes for intermediate temperature solid oxide fuel cells | |
| Yu et al. | Bifunctional Ce0. 9Gd0. 09M0. 01O2− δ (M= Fe, Cu) interlayers with micro-doping for high-performance solid oxide fuel cells | |
| Pan et al. | Influence of Ta doping on the structural stability and conductivity of Sr11Mo4O23 electrolyte | |
| JP6794924B2 (ja) | 固体電解質焼結体、及びその製造方法 | |
| Singh et al. | Processing and properties of scandia-doped zirconia electrolyte for intermediate temperature SOFC | |
| Dönmez et al. | Fabrication of YDC electrolytes via polyol method and investigation of their properties for IT-SOFCs | |
| Yilmaz et al. | Single step synthesis and heat effect on structure of new type nanostructured zirconia based solid electrolyte | |
| Li et al. | Synthesis and thermal expansion property of (Ba 0.5 Sr 0.5) 0.9 Bi 0.1 Co 0.8 Fe 0.2 O 3− δ cathode materials for IT-SOFCs | |
| Accardo et al. | Evaluation of the Microstructure and the Electrochemical |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161101 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170830 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170907 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171206 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180411 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180510 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6339582 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |