JP2023035580A - 酸化物イオン伝導性固体電解質 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明では、マイエナイト型化合物構造を有し、有意に高い酸化物イオン伝導性を有する固体電解質を提供することを目的とする。【解決手段】酸化物イオン伝導性固体電解質であって、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～６．０モル％の範囲で含まれ、当該酸化物イオン伝導性固体電解質中の前記マイエナイト型化合物の含有量は、６０質量％よりも高い、酸化物イオン伝導性固体電解質。【選択図】なし
Description
本発明は、酸化物イオン伝導性固体電解質に関する。
酸化物イオン伝導性を有する固体電解質は固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、固体酸化物型電解セル（ＳＯＥＣ）、酸素センサー、酸素ポンプ等、様々な用途がある。近年、再生可能エネルギーの普及のために着目されているＰｏｗｅｒ ｔｏ Ｇａｓ／Ｃｈｅｍｉｃａｌという技術コンセプトの実現形態の一つとしてＳＯＦＣとＳＯＥＣを組み合わせた高効率エネルギーシステムが着目されている。
ＳＯＦＣ、ＳＯＥＣは共に高温で作動する電気化学セルであり、前者は水素や一酸化炭素、メタン等、様々な燃料に対応でき、後者はＳＯＦＣの動作により生成する水や二酸化炭素を電気分解し、水素や一酸化炭素に戻すことができる。
ＳＯＦＣ、ＳＯＥＣは２つの電極間に設けられた固体電解質を有し、この固体電解質中を酸化物イオンが伝導することにより作動する。
Ｍ．Ｌａｃｅｒｄａ ｅｔ ａｌ．，"Ｈｉｇｈ Ｏｘｉｄｅ ｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３"Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３３２，Ｐ５２５，７，Ａｐｒｉｌ（１９８８）
Ｆ．Ｍ．Ｌｅａ，Ｃ．Ｈ．Ｄｅｓｃｈ，Ｔｈｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆ Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，２ｎｄ ｅｄ．，ｐ．５２，Ｅｄｗａｒｄ Ａｒｎｏｌｄ＆Ｃｏ．，Ｌｏｎｄｏｎ，１９５６
Ａ．Ｐｅｄｏｎｅ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ １１０、１１７８０－１１７９５（２００６）
ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣ用の固体電解質としては、これまで、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）やスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）などの材料が提案されている。
また、最近では、マイエナイト型化合物が酸化物イオン伝導性を示すことが報告されている（非特許文献１）。マイエナイト型化合物は、ケージ内にフリー酸化物イオンを含有する結晶構造を有する。従って、このフリー酸化物イオンがイオン伝導に寄与できる可能性がある。
しかしながら、本願発明者らによれば、従来のマイエナイト型化合物のイオン伝導性は、あまり高くないことが認められている（例えば、ＹＳＺの１／１０程度）。
従って、マイエナイト型化合物を酸化物イオン伝導性固体電解質に適用するためには、酸化物イオン伝導性のさらなる向上が必要となる。
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、マイエナイト型化合物構造を有し、有意に高い酸化物イオン伝導性を有する固体電解質を提供することを目的とする。
本発明では、酸化物イオン伝導性固体電解質であって、
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
当該酸化物イオン伝導性固体電解質中の前記マイエナイト型化合物の含有量は、６０質量％よりも高い、酸化物イオン伝導性固体電解質が提供される。
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
当該酸化物イオン伝導性固体電解質中の前記マイエナイト型化合物の含有量は、６０質量％よりも高い、酸化物イオン伝導性固体電解質が提供される。
また、本発明では、酸化物イオン伝導性固体電解質であって、
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
Ｃａ原子に対する前記金属元素Ｍのモル比（Ｍ／Ｃａ）は、０．０２≦Ｍ／Ｃａ≦０．２５を満たす、酸化物イオン伝導性固体電解質が提供される。
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
Ｃａ原子に対する前記金属元素Ｍのモル比（Ｍ／Ｃａ）は、０．０２≦Ｍ／Ｃａ≦０．２５を満たす、酸化物イオン伝導性固体電解質が提供される。
本発明では、マイエナイト型化合物構造を有し、有意に高い酸化物イオン伝導性を有する固体電解質を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について説明する。
（本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質）
本発明の一実施形態では、酸化物イオン伝導性固体電解質であって、
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
当該酸化物イオン伝導性固体電解質中の前記マイエナイト型化合物の含有量は、６０質量％よりも高い、酸化物イオン伝導性固体電解質が提供される。
本発明の一実施形態では、酸化物イオン伝導性固体電解質であって、
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
当該酸化物イオン伝導性固体電解質中の前記マイエナイト型化合物の含有量は、６０質量％よりも高い、酸化物イオン伝導性固体電解質が提供される。
なお、本願において、酸化物イオン伝導性固体電解質に含まれるマイエナイト型化合物の含有量は、リートベルト解析により把握することができる。
本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質（以下、「第１の固体電解質」と称する）は、Ｃ１２Ａ７構造のマイエナイト型化合物を含む。
マイエナイト型化合物は、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３で表される代表組成を有し、三次元的に連結された直径約０．４ｎｍの空隙（ケージ）を有する特徴的な結晶構造を持つ。
このケージを構成する骨格は、正電荷を帯びており、単位格子当たり１２個のケージを形成する。このケージの１／６は、結晶の電気的中性条件を満たすため、内部が酸化物イオンで占められている。しかしながら、このケージ内の酸化物イオンは、骨格を構成する他の酸素イオンとは化学的に異なる特性を有しており、このため、ケージ内の酸化物イオンは、特にフリー酸化物イオンと呼ばれている。
マイエナイト型化合物は、組成式［Ｃａ２４Ａｌ２８Ｏ６４］４＋（Ｏ２－）２とも表記される（非特許文献２）。
前述のように、マイエナイト型化合物は、ケージ内にフリー酸化物イオンを含むため、酸化物イオン伝導体として機能できる可能性がある（非特許文献１）。
しかしながら、本願発明者らによる解析によれば、上記組成式を有する一般的なマイエナイト型化合物のイオン伝導性は、あまり高くないことが認められている（例えば、ＹＳＺの１／１０程度）。
従って、マイエナイト型化合物を酸化物イオン伝導性固体電解質に適用するためには、酸化物イオン伝導性のさらなる向上が必要となる。
これまで、本願発明者らは、マイエナイト型化合物の酸化物イオン伝導性を高めるための方策について、鋭意研究開発を進めてきた。そして、本願発明者らは、マイエナイト型化合物に特定の金属Ｍの酸化物を添加した場合、マイエナイト型化合物のイオン伝導性が有意に高められることを見出し、本願発明に至った。ここで、金属Ｍは、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選択される。
従って、第１の固体電解質は、Ｇｄ、Ｐｒ、Ｎｄ、ユウロピウムＥｕ、およびＳｍの少なくとも一つを有する。
なお、金属Ｍは、酸化物イオン伝導性固体電解質中に、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含有される。
金属Ｍの含有量が０．６５モル％未満では、マイエナイト型化合物のイオン伝導性に、有意な効果が現れない。また、金属Ｍを７．０モル％超添加した場合、異相が多くなり、マイエナイト型化合物を主体とする酸化物イオン伝導性固体電解質を得ることが難しくなる。ただし、イオン伝導性に有意な効果が表れるなら、第１の固体電解質におけるマイエナイト型化合物の質量分率は１００％未満でもよい。
特に、第１の固体電解質では、マイエナイト型化合物自体が金属Ｍを含んでもよい。この場合、金属Ｍは、マイエナイト型化合物におけるＣａ原子のサイトに配置されてもよい。特に、Ｃａ原子に対する金属Ｍのモル比（Ｍ／Ｃａ）は、０．０２≦Ｍ／Ｃａ≦０．２５の範囲であってもよく、Ｃａ２４－ｘＭｘＡｌ２８Ｏ６６＋ｘ／２を満たしてもよい。
また、第１の固体電解質において、金属Ｍは、モル比で、０．８４≦（Ｍ＋Ｃａ）／Ａｌ≦０．８８を満たしてもよい。
特に、第１の固体電解質では、金属Ｍは、酸化物イオン伝導性固体電解質中に、酸化物換算で０．５モル％～５．３モル％の範囲で含有されることが好ましい。金属Ｍの含有量を５．３モル％以下とすることにより、異相が少なく、結晶構造内に金属Ｍが包含されたマイエナイト型化合物を主体とする酸化物イオン伝導性固体電解質を得ることができる。
このような第１の固体電解質は、従来のマイエナイト型化合物に比べて、有意に高いイオン伝導性を有する。従って、第１の固体電解質は、ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣ等における固体電解質としての利用が期待できる。
また、本発明の別の実施形態では、酸化物イオン伝導性固体電解質であって、
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
Ｃａ原子に対する前記金属元素Ｍのモル比（Ｍ／Ｃａ）は、０．０２≦Ｍ／Ｃａ≦０．２５を満たす、酸化物イオン伝導性固体電解質が提供される。
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
Ｃａ原子に対する前記金属元素Ｍのモル比（Ｍ／Ｃａ）は、０．０２≦Ｍ／Ｃａ≦０．２５を満たす、酸化物イオン伝導性固体電解質が提供される。
本発明の別の実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質（以下、「第２の固体電解質」と称する）においても、前述の第１の固体電解質と同様、従来のマイエナイト型化合物に比べて、有意に高いイオン伝導性が得られる。従って、第２の固体電解質は、ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣ等における固体電解質としての利用が期待できる。
なお、現時点では、本発明の一実施形態において、マイエナイト型化合物に所定量の金属Ｍを含有させることによりイオン伝導性が高まる理由として、以下のことが考えられる。
マイエナイト型化合物に、前述の金属Ｍを添加した場合、金属Ｍの原子は、Ｃａ原子のサイトに優先的に置換配置されると考えられる。
ここで、Ｃａ原子は２価であるが、Ｐｒ原子、Ｎｄ原子、Ｓｍ原子、Ｅｕ原子、およびＧｄ原子は３価である。このため、Ｃａ原子がＰｒ原子、Ｎｄ原子、Ｓｍ原子、Ｅｕ原子、およびＧｄ原子と置換されると、電気的中性を保つため、酸化物イオンの濃度が上昇する。また、これに伴い、ケージ内のフリー酸化物イオンの濃度も高くなる結果、イオン伝導性が向上するものと考えられる。
ただし、上記イオン伝導性の向上のメカニズムは、現時点での実験的な考察に基づくものであり、第１の固体電解質および第２の固体電解質は、別の機構により、イオン伝導性が向上していてもよい。
また、第１の固体電解質および第２の固体電解質は、さらに、チタン（Ｔｉ）を含有してもよい。
Ｔｉは、第１の固体電解質および第２の固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．１モル％～３０モル％の範囲で含有されてもよい。
なお、第１の固体電解質および第２の固体電解質において、Ｔｉは、マイエナイト型化合物のアルミニウム（Ａｌ）原子のサイトに置換配置されているものと考えられる。Ａｌ原子に対するＴｉ原子のモル比Ｔｉ／Ａｌは、０．０１５≦Ｔｉ／Ａｌ≦０．５０であってもよい。また、第１の固体電解質がＴｉを含有する場合、金属Ｍは、モル比で、０．８４≦（Ｍ＋Ｃａ）／（Ａｌ＋Ｔｉ）≦０．８８を満たしてもよく、Ｃａ２４－ｘＭｘＡｌ２８－ｙＴｉｙＯ６６＋ｘ／２＋ｙ／２を満たしてもよい。
第１の固体電解質および第２の固体電解質がＴｉを含む場合、イオン導電性がさらに向上する。これは、以下の理由によると予想される。
マイエナイト型化合物にＴｉを添加した場合、Ｔｉ原子は、Ａｌ原子のサイトに優先的に置換配置されると考えられる。ただし、Ａｌ原子は３価であるが、Ｔｉ原子は４価である。このため、Ａｌ原子がＴｉ原子と置換されると、電気的中性のため、酸化物イオンの濃度が上昇する。また、これに伴い、ケージ内のフリー酸化物イオンの濃度も高くなる結果、イオン伝導性が向上するものと考えられる。
（イオン伝導種の検討）
金属Ｍを含むＣ１２Ａ７構造のマイエナイト型化合物において、イオン伝導の主体となる元素をシミュレーションにより評価した。
金属Ｍを含むＣ１２Ａ７構造のマイエナイト型化合物において、イオン伝導の主体となる元素をシミュレーションにより評価した。
シミュレーションでは、古典分子動力学計算により、１気圧、１２００Ｋにおける材料中の酸化物イオンの平均二乗変位ＭＳＤと経過時間の関係を計算した。
計算に用いたコードは、ＬＡＭＭＰＳである。入力パラメーターである各材料の構成元素の二体間ポテンシャルには、Ｐｅｄｏｎｅらにより報告されている値（非特許文献３参照）を用いた。
単位胞を６×６×６に拡張したスーパーセルにおいて、モル比で、Ｃａの２．７モル％をＮｄで置換した系に対して、ＮＰＴアンサンブルで１ナノ秒の分子動力学シミュレーションを行った。また、温度、内部エネルギー、および格子定数が安定した後、ＮＶＥアンサンブルで１ナノ秒の分子動力学シミュレーションを行った。
図１には、シミュレーションの結果を示す。図１において、横軸は、経過時間であり、縦軸は、各元素のＭＳＤである。
ＭＳＤの傾きは、拡散係数に比例する。従って、図１では、ＭＳＤの傾きが大きい元素ほど、マイエナイト型化合物の内部において拡散が生じやすいことを示す。
図１に示すように、マイエナイト型化合物中のＣａ原子の一部をＮｄで置換した化合物では、イオン伝導の主体は、酸化物イオンであることがわかった。
図２には、Ｃａの２．７モル％をＧｄで置換した系に対して、同様のシミュレーションを実施した際に得られた結果を示す。
この系においても、同様の結果が得られた。
（その他の特徴）
第１の固体電解質および第２の固体電解質は、セラミックスであるため、高い高温安定性を有する。例えば、第１の固体電解質および第２の固体電解質は、８００℃以上の温度域においても、安定に使用することができる。
第１の固体電解質および第２の固体電解質は、セラミックスであるため、高い高温安定性を有する。例えば、第１の固体電解質および第２の固体電解質は、８００℃以上の温度域においても、安定に使用することができる。
（用途）
第１の固体電解質および第２の固体電解質は、高温においても安定であり、有意に高い酸化物イオン伝導性を有する。従って、第１の固体電解質および第２の固体電解質は、例えば、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）セルの固体電解質、およびＳＯＥＣ用の固体電解質として適用できる。
第１の固体電解質および第２の固体電解質は、高温においても安定であり、有意に高い酸化物イオン伝導性を有する。従って、第１の固体電解質および第２の固体電解質は、例えば、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）セルの固体電解質、およびＳＯＥＣ用の固体電解質として適用できる。
図２には、ＳＯＦＣセルの一構成例を模式的に示す。
図２に示すように、ＳＯＦＣセル１００は、酸素極１１０、燃料極１２０、および両電極の間の固体電解質１３０を有する。
酸素極１１０では、例えば、以下の反応が生じる：
Ｏ２＋４ｅ－→２Ｏ２－ （１）式
酸素極１１０で生じた酸化物イオンは、固体電解質１３０内を通り、反対側の燃料極１２０に達する。燃料極１２０では、例えば、以下の反応が生じる：
２Ｈ２＋２Ｏ２－→２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－ （２）式
従って、ＳＯＦＣセル１００を外部負荷１４０に接続した場合、（１）式および（２）式の反応が継続され、外部負荷１４０に給電することができる。
Ｏ２＋４ｅ－→２Ｏ２－ （１）式
酸素極１１０で生じた酸化物イオンは、固体電解質１３０内を通り、反対側の燃料極１２０に達する。燃料極１２０では、例えば、以下の反応が生じる：
２Ｈ２＋２Ｏ２－→２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－ （２）式
従って、ＳＯＦＣセル１００を外部負荷１４０に接続した場合、（１）式および（２）式の反応が継続され、外部負荷１４０に給電することができる。
このようなＳＯＦＣセル１００において、例えば固体電解質１３０として、第１の固体電解質および第２の固体電解質を適用することができる。また、酸素極１１０および燃料極１２０を構成する固体電解質としても、第１の固体電解質および第２の固体電解質を適用することができる。
このようなＳＯＦＣセル１００では、固体電解質１３０が有意に高い酸化物イオン伝導性を有するため、有意に高い発電効率を得ることが可能となる。
図３には、ＳＯＥＣセルの一構成例を模式的に示す。
図３に示すように、ＳＯＥＣセル２００は、酸素極２１０、水素極２２０、および両電極の間の固体電解質２３０を有する。
酸素極２１０では、例えば、以下の反応が生じる：
２Ｏ２－→Ｏ２＋４ｅ－ （３）式
また、水素極２２０では、例えば、以下の反応が生じる：
２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－→２Ｈ２＋２Ｏ２－ （４）式
水素極２２０で生じた酸化物イオンは、固体電解質２３０内を通り、反対側の酸素極２１０に達する。従って、ＳＯＥＣセル２００を外部電源２４０に接続した場合、（３）式および（４）式の反応が継続される。
２Ｏ２－→Ｏ２＋４ｅ－ （３）式
また、水素極２２０では、例えば、以下の反応が生じる：
２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－→２Ｈ２＋２Ｏ２－ （４）式
水素極２２０で生じた酸化物イオンは、固体電解質２３０内を通り、反対側の酸素極２１０に達する。従って、ＳＯＥＣセル２００を外部電源２４０に接続した場合、（３）式および（４）式の反応が継続される。
このようなＳＯＥＣセル２００において、例えば固体電解質２３０として、第１の固体電解質および第２の固体電解質を適用することができる。また、酸素極２１０および水素極２２０を構成する固体電解質としても、第１の固体電解質および第２の固体電解質を適用することができる。
このようなＳＯＥＣセル２００では、固体電解質２３０が有意に高い酸化物イオン伝導性を有するため、有意に高い電解効率を得ることが可能となる。
（本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質の製造方法）
次に、図５を参照して、本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質の製造方法の一例について説明する。
次に、図５を参照して、本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質の製造方法の一例について説明する。
図５には、本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質の製造方法（以下、「第１の製造方法」と称する）のフローの例を模式的に示す。
図５に示すように、第１の製造方法は、
（１）Ｃａ源、Ａｌ源、および金属Ｍ源を所定の割合で混合して、混合粉末を得る工程（工程Ｓ１１０）と、
（２）混合粉末を仮焼して、仮焼粉を得る工程（工程Ｓ１２０）と、
（３）仮焼粉を焼結させて、焼結体を得る工程（工程Ｓ１３０）と、
を有する。
（１）Ｃａ源、Ａｌ源、および金属Ｍ源を所定の割合で混合して、混合粉末を得る工程（工程Ｓ１１０）と、
（２）混合粉末を仮焼して、仮焼粉を得る工程（工程Ｓ１２０）と、
（３）仮焼粉を焼結させて、焼結体を得る工程（工程Ｓ１３０）と、
を有する。
以下、各工程について、説明する。なお、ここでは、一例として、前述の第１の固体電解質を例に、その製造方法について説明する。ただし、第１の製造方法が第２の固体電解質の製造方法にも適用し得ることは、本明細書を読んだ当業者には明らかである。
（工程Ｓ１１０）
まず、混合粉末が調製される。このため、Ｃａ源、Ａｌ源、金属Ｍ源が所定の割合で混合される。
まず、混合粉末が調製される。このため、Ｃａ源、Ａｌ源、金属Ｍ源が所定の割合で混合される。
Ｃａ源は、例えば、金属カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、硝酸カルシウム、および酢酸カルシウムなどから選定されてもよい。
Ａｌ源は、例えば、金属アルミニウム、αアルミナ、γアルミナ、水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、および硫酸アルミニウムなどから選定されてもよい。
金属Ｍ源は、例えば、純金属Ｍおよび／または金属Ｍの酸化物から選定されてもよい。例えば、金属Ｍとして、Ｎｄを採用する場合、金属Ｍ源は、金属Ｎｄおよび／または酸化ネオジムであってもよい。
各原料は、目的組成を有するマイエナイト型化合物が得られるように秤量され、混合される。
混合方法は、均一な混合粉末が得られれば、特に限られない。
（工程Ｓ１２０）
次に、混合粉末が仮焼される。
次に、混合粉末が仮焼される。
仮焼工程は、混合粉末に含まれる炭酸および硝酸などの化合物を脱離させ、次の焼結工程において、目的のマイエナイト型化合物を生成し易くするために実施される。
仮焼の条件は、特に限られないが、目的の混合酸化物を得るためには、仮焼温度は、１０００℃以上が好ましい。ただし、仮焼温度が高すぎると、混合粉末において、過度に結晶化が進行してしまう。従って、仮焼温度は、１３００℃以下が好ましい。
仮焼時間は、例えば、５時間～２４時間程度である。ただし、仮焼時間は、仮焼温度によっても変化し、仮焼温度が高いほど、仮焼時間を短くできる。
これにより、仮焼粉が得られる。
なお、仮焼粉は、必要に応じて粉砕してもよい。粉砕後の平均粒径は、例えば、０．１μｍ～１００μｍの範囲であってもよい。
（工程Ｓ１３０）
次に、仮焼粉が焼結される。
次に、仮焼粉が焼結される。
焼結工程は、目的の結晶相を有する緻密な焼結体を得るために実施される。
なお、焼結工程の前に、仮焼粉を成形し、得られた成形体を用いて、焼結工程を実施してもよい。
成形の条件等は、特に限られず、一軸成形法または静水圧成形法等、一般的な成形方法が採用されてもよい。
焼結の方法は、特に限られず、例えば、常圧下における無加圧焼結法により、仮焼粉または成形体を焼結させてもよい。
あるいは、ホットプレス焼結または放電プラズマ焼結のような、加圧焼結法を用いて、仮焼粉を焼結させてもよい。なお、この場合、成形と焼結が一度に実施されてもよい。
焼結温度は、適正な焼結体が得られる限り、特に限られないが、１２００℃～１４００℃の範囲が好ましい。焼結温度が低すぎると、緻密な焼結体が得られない場合がある。また、焼結温度が高すぎると、被処理体の溶融が生じる場合がある。
焼結時間は、焼結温度に応じて最適な時間を選択することが望ましい。一般に、焼結温度が高い程、短時間で焼結が完了する。
最適な焼結時間は、焼結温度によっても異なるが、無加圧焼結処理の場合、例えば、５時間～４８時間程度であり、放電プラズマによる加圧焼結処理の場合、例えば、５分～６０分程度である。
なお、カーボン製の容器を使用して、加圧焼結処理を実施すると、焼結体の表面にカーボンが付着する場合がある。そのような場合、大気下、８００℃～１０００℃で５時間程度、熱処理することにより、付着カーボンを除去することができる。
以上の工程により、本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質を製造することができる。
（本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質の別の製造方法）
次に、図６を参照して、本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質の別の製造方法の例について説明する。
次に、図６を参照して、本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質の別の製造方法の例について説明する。
図６には、本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質の別の製造方法（以下、「第２の製造方法」と称する）のフローの例を模式的に示す。
図６に示すように、第２の製造方法は、
（１）Ｃａ源およびＡｌ源を所定の割合で混合して、第１の混合粉末を得る工程（工程Ｓ２１０）と、
（２）第１の混合粉末を仮焼して、第１の仮焼粉を得る工程（工程Ｓ２２０）と、
（３）第１の仮焼粉および金属Ｍ源を所定の割合で混合して、第２の混合粉末を得る工程（工程Ｓ２３０）と、
（４）第２の混合粉末を仮焼して、第２の仮焼粉を得る工程（工程Ｓ２４０）と、
（５）第２の仮焼粉を焼結させて、焼結体を得る工程（工程Ｓ２５０）と、
を有する。
（１）Ｃａ源およびＡｌ源を所定の割合で混合して、第１の混合粉末を得る工程（工程Ｓ２１０）と、
（２）第１の混合粉末を仮焼して、第１の仮焼粉を得る工程（工程Ｓ２２０）と、
（３）第１の仮焼粉および金属Ｍ源を所定の割合で混合して、第２の混合粉末を得る工程（工程Ｓ２３０）と、
（４）第２の混合粉末を仮焼して、第２の仮焼粉を得る工程（工程Ｓ２４０）と、
（５）第２の仮焼粉を焼結させて、焼結体を得る工程（工程Ｓ２５０）と、
を有する。
第２の製造方法に含まれる各工程は、前述の第１の製造方法における各工程Ｓ１１０～工程Ｓ１３０に関する記載から、当業者には容易に理解することができる。従って、ここでは、各工程についての詳細な説明は省略する。
ただし、第２の製造方法では、第１の製造方法とは異なり、２回の仮焼工程（工程Ｓ２２０および工程Ｓ２４０）を経て、酸化物イオン伝導性固体電解質が製造される。
この場合、第１の製造方法のように、Ｃａ源、Ａｌ源および金属Ｍ源を含む混合粉末を一度に仮焼処理する場合に比べて、より均質な組成の酸化物イオン伝導性固体電解質を製造することができる。
すなわち、第１の製造方法では、反応性の高いＣａと金属Ｍが反応して、異相が形成される可能性がある。これに対して、第２の製造方法では、１回目の仮焼工程（工程Ｓ２２０）において、ＣａとＡｌが反応し、結合された仮焼粉を予め調製することができる。従って、２回目の仮焼工程（工程Ｓ２４０）では、より確実に、マイエナイト型化合物内の所望のサイトに金属Ｍを導入させることができる。
以上、第１の製造方法および第２の製造方法を例に、本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質の製造方法について説明した。しかしながら、上記記載は、単なる一例に過ぎず、本発明の一実施形態による酸化物イオン伝導性固体電解質は、水熱法、ゾルゲル法、および液相燃焼法など、別の方法により製造されてもよい。
以下、本発明の実施例について説明する。
なお、以下の記載において、例１～例８ならびに例１１～例１２は実施例であり、例２１～例２３は、比較例である。
（例１）
以下の方法で、焼結体を作製した。
以下の方法で、焼結体を作製した。
［調合工程］
炭酸カルシウム粉末（４．１６ｇ）と、αアルミナ粉末（２．５２ｇ）と、酸化ネオジム粉末（０．１４９ｇ）とをそれぞれ秤量した。これらを、φ５ｍｍのジルコニアボールおよび１０ｃｃのイソプロパノールが入ったポットに投入し、遊星ボールミル法により３時間粉砕混合した。次に、混合粉末を１００℃で乾燥し、イソプロパノールを除去した。さらに、ふるいにより、混合粉末をジルコニアボールと分離した。
炭酸カルシウム粉末（４．１６ｇ）と、αアルミナ粉末（２．５２ｇ）と、酸化ネオジム粉末（０．１４９ｇ）とをそれぞれ秤量した。これらを、φ５ｍｍのジルコニアボールおよび１０ｃｃのイソプロパノールが入ったポットに投入し、遊星ボールミル法により３時間粉砕混合した。次に、混合粉末を１００℃で乾燥し、イソプロパノールを除去した。さらに、ふるいにより、混合粉末をジルコニアボールと分離した。
［仮焼工程］
得られた混合粉末をアルミナ坩堝に入れ、大気中、１２００℃で５時間仮焼した。得られた試料をメノー乳鉢で粉砕し、仮焼粉を作製した。
得られた混合粉末をアルミナ坩堝に入れ、大気中、１２００℃で５時間仮焼した。得られた試料をメノー乳鉢で粉砕し、仮焼粉を作製した。
［焼結工程］
仮焼粉１ｇをφ１．５ｃｍの超硬金属ダイスに入れ、油圧プレス器で２０ｋＮの圧力を印加し、一軸成形を実施した。さらに、１９６ＭＰａで静水圧成形処理を行い、φ１．５ｃｍのペレットを作製した。ペレットを大気中、１２００℃で１２時間熱処理し、φ１．３ｃｍφ、厚さ２ｍｍの焼結体を得た。
仮焼粉１ｇをφ１．５ｃｍの超硬金属ダイスに入れ、油圧プレス器で２０ｋＮの圧力を印加し、一軸成形を実施した。さらに、１９６ＭＰａで静水圧成形処理を行い、φ１．５ｃｍのペレットを作製した。ペレットを大気中、１２００℃で１２時間熱処理し、φ１．３ｃｍφ、厚さ２ｍｍの焼結体を得た。
得られた焼結体を「サンプル１」と称する。サンプル１において、Ｎｄの含有量は、Ｎｄ２Ｏ３換算で、０．６７モル％であり、モル比Ｎｄ／Ｃａは、０．０２１である。
（例２）
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例２では、前述の［調合工程］における各原料の配合比を例１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。その他の工程は、例１の場合と同様である。
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例２では、前述の［調合工程］における各原料の配合比を例１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。その他の工程は、例１の場合と同様である。
得られた焼結体を、「サンプル２」と称する。
（例３～例４）
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、例３～例４では、前述の［調合工程］における各原料の配合比を例１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。また、［焼結工程］において、熱処理温度を１３００℃とした。その他の工程は、例１の場合と同様である。
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、例３～例４では、前述の［調合工程］における各原料の配合比を例１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。また、［焼結工程］において、熱処理温度を１３００℃とした。その他の工程は、例１の場合と同様である。
得られた焼結体を、それぞれ、「サンプル３」～「サンプル４」と称する。
（例５）
炭酸カルシウム粉末（３．６４ｇ）と、αアルミナ粉末（２．３６ｇ）と、酸化ガドリニウム粉末（０．５９９ｇ）とをそれぞれ秤量した。これらを、φ５ｍｍのジルコニアボールおよび１０ｃｃのイソプロパノールが入ったポットに投入し、遊星ボールミル法により３時間粉砕混合した。次に、混合粉末を１００℃で乾燥し、イソプロパノールを除去した。さらに、ふるいにより、混合粉末をジルコニアボールと分離した。
炭酸カルシウム粉末（３．６４ｇ）と、αアルミナ粉末（２．３６ｇ）と、酸化ガドリニウム粉末（０．５９９ｇ）とをそれぞれ秤量した。これらを、φ５ｍｍのジルコニアボールおよび１０ｃｃのイソプロパノールが入ったポットに投入し、遊星ボールミル法により３時間粉砕混合した。次に、混合粉末を１００℃で乾燥し、イソプロパノールを除去した。さらに、ふるいにより、混合粉末をジルコニアボールと分離した。
［仮焼工程］
得られた混合粉末をアルミナ坩堝に入れ、大気中、１３００℃で５時間仮焼した。得られた試料をメノー乳鉢で粉砕し、仮焼粉を作製した。
得られた混合粉末をアルミナ坩堝に入れ、大気中、１３００℃で５時間仮焼した。得られた試料をメノー乳鉢で粉砕し、仮焼粉を作製した。
［焼結工程］
仮焼粉１ｇをφ１．５ｃｍの超硬金属ダイスに入れ、油圧プレス器で２０ｋＮの圧力を印加し、一軸成形を実施した。さらに、１９６ＭＰａで静水圧成形処理を行い、φ１．５ｃｍのペレットを作製した。ペレットを大気中、１３００℃で１２時間熱処理し、φ１．３ｃｍφ、厚さ２ｍｍの焼結体を得た。
仮焼粉１ｇをφ１．５ｃｍの超硬金属ダイスに入れ、油圧プレス器で２０ｋＮの圧力を印加し、一軸成形を実施した。さらに、１９６ＭＰａで静水圧成形処理を行い、φ１．５ｃｍのペレットを作製した。ペレットを大気中、１３００℃で１２時間熱処理し、φ１．３ｃｍφ、厚さ２ｍｍの焼結体を得た。
得られた焼結体を「サンプル５」と称する。サンプル５おいて、Ｇｄの含有量は、Ｇｄ２Ｏ３換算で、２．７モル％であり、モル比Ｇｄ／Ｃａは、０．０９１である。
（例６～例８）
例５と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、例６～例８では、前述の金属Ｍとして、それぞれ、酸化プラセオジム、酸化ユウロピウム、および酸化サマリウムを添加して、混合粉末を調製した。その他の工程は、例５の場合と同様である。
例５と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、例６～例８では、前述の金属Ｍとして、それぞれ、酸化プラセオジム、酸化ユウロピウム、および酸化サマリウムを添加して、混合粉末を調製した。その他の工程は、例５の場合と同様である。
得られた焼結体を、それぞれ、「サンプル６」～「サンプル８」と称する。
（例２１）
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例２１では、前述の［調合工程］において、炭酸カルシウム（４．３３ｇ）とαアルミナ（２．５７ｇ）のみを混合して、混合粉末を調製した。すなわち、金属Ｍ源を添加せずに混合粉末を調製した。その他の工程は、例１の場合と同様である。
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例２１では、前述の［調合工程］において、炭酸カルシウム（４．３３ｇ）とαアルミナ（２．５７ｇ）のみを混合して、混合粉末を調製した。すなわち、金属Ｍ源を添加せずに混合粉末を調製した。その他の工程は、例１の場合と同様である。
得られた焼結体を「サンプル２１」と称する。
（例２２）
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例２２では、前述の［調合工程］における各原料の配合比を例１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。具体的には、炭酸カルシウム粉末（２．６１ｇ）と、αアルミナ粉末（２．０７ｇ）と、酸化ネオジム粉末（１．４６ｇ）とをそれぞれ秤量した。また、Ｎｄの含有量は、Ｎｄ２Ｏ３換算で、８．６モル％とし、モル比Ｎｄ／Ｃａは、０．３３とした。
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例２２では、前述の［調合工程］における各原料の配合比を例１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。具体的には、炭酸カルシウム粉末（２．６１ｇ）と、αアルミナ粉末（２．０７ｇ）と、酸化ネオジム粉末（１．４６ｇ）とをそれぞれ秤量した。また、Ｎｄの含有量は、Ｎｄ２Ｏ３換算で、８．６モル％とし、モル比Ｎｄ／Ｃａは、０．３３とした。
また、前述の［焼結工程］における焼成温度は、１３００℃とした。
その他の工程は、例１の場合と同様である。
得られた焼結体を、「サンプル２２」と称する。
（例２３）
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例２３では、前述の［調合工程］における各原料の配合比を例１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。具体的には、炭酸カルシウム粉末（３．０９ｇ）と、αアルミナ粉末（１．９２ｇ）と、酸化ネオジム粉末（１．３５ｇ）とをそれぞれ秤量した。また、Ｎｄの含有量は、Ｎｄ２Ｏ３換算で、７．５モル％とし、モル比Ｎｄ／Ｃａは、０．２６とした。
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例２３では、前述の［調合工程］における各原料の配合比を例１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。具体的には、炭酸カルシウム粉末（３．０９ｇ）と、αアルミナ粉末（１．９２ｇ）と、酸化ネオジム粉末（１．３５ｇ）とをそれぞれ秤量した。また、Ｎｄの含有量は、Ｎｄ２Ｏ３換算で、７．５モル％とし、モル比Ｎｄ／Ｃａは、０．２６とした。
また、前述の［焼結工程］における焼成温度は、１２００℃とした。
その他の工程は、例１の場合と同様である。
得られた焼結体を、「サンプル２３」と称する。
以下の表１には、各サンプルの原料および焼成条件などをまとめて示した。
（評価）
各サンプルを用いて、以下の評価を評価した。
（Ｘ線回折分析）
各サンプルを用いて、Ｘ線回折分析を実施した。また、得られた結果から、リートベルト解析により、サンプルに含まれるマイエナイト型化合物の含有量を算出した。
各サンプルを用いて、Ｘ線回折分析を実施した。また、得られた結果から、リートベルト解析により、サンプルに含まれるマイエナイト型化合物の含有量を算出した。
図７には、サンプル２において得られたＸ線回折パターンを示す。図７において、無印の各ピークは、マイエナイト型化合物の結晶相に対応する。また、くさび記号で示した各ピークは、異相であるＮｄＣａＡｌ３Ｏ７の結晶相に対応する。
このように、サンプル２は、マイエナイト型化合物を含むことが確認された。リートベルト解析の結果、サンプル２におけるマイエナイト型化合物の含有量は、８８．０質量％であった。
以下の表２の「マイエナイト型化合物の含有量」の欄には、各サンプルにおいて得られたマイエナイト型化合物の含有量の評価結果を示す。なお、表２において、「○」は、マイエナイト型化合物の含有量が６０質量％以上であることを表し、「×」は、マイエナイト型化合物の含有量が６０質量％未満であることを表す。
（抵抗率測定）
各サンプルを用いて、抵抗率の測定を実施した。抵抗率の測定には、インピーダンス法を使用した。
各サンプルを用いて、抵抗率の測定を実施した。抵抗率の測定には、インピーダンス法を使用した。
まず、各サンプルの表面を、＃８０～＃１０００の紙やすりで研磨し、表面層を除去するとともに、平滑化した。
次に、研磨表面に、白金ペーストを介して、φ６ｍｍ、厚さ１０μｍの白金電極を設置した。このサンプルを、大気雰囲気において、１０００℃で１５分間熱処理し、白金ペーストを固化させた。
次に、サンプルを大気雰囲気の電気炉内に設置した。また、白金電極に結合された白金線を介して、サンプルをポテンショガルバノスタット（バイオロジック社ＳＰ―１５０）と接続した。
次に、サンプルを８５０℃に加熱した後、１２０分間保持し、サンプルの温度を安定化させた。
サンプルの温度が安定化した後、インピーダンス測定を実施し、Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅプロットを作成した。測定周波数は、１ＭＨｚ～１００ｍＨｚとした。
得られたＣｏｌｅ－Ｃｏｌｅプロットにおいて、横軸（実数軸）との交点から抵抗率を求めた。
図８には、一例として、サンプル４において得られたＣｏｌｅ－Ｃｏｌｅプロットを示す。この例では、矢印の位置からサンプル４の抵抗率を求めた。
前述の表２の「抵抗率」の欄には、各サンプルにおいて得られた結果をまとめて示す。表２において、各サンプルの抵抗率は、サンプル２１において得られた抵抗率の比で示した。
この結果から、サンプル２２の抵抗率（相対比）は、０．８７であり、金属Ｍを含まないマイエナイト型化合物であるサンプル２１と比べて、あまり抵抗率が低下していないことがわかった。また、サンプル２３の抵抗率（相対比）は、１．４３であり、サンプル２１よりも抵抗率が増大した。一方、サンプル１～サンプル８では、サンプル２１に比べて、抵抗率が大きく減少していることがわかった。
このように、マイエナイト型化合物において、酸化物換算で、金属Ｍを０．６５モル％～７．０モル％の範囲で添加したサンプルでは、抵抗率が有意に低下することがわかった。
これらの結果から、マイエナイト型化合物に金属Ｍを添加して構成される固体電解質では、従来のマイエナイト型化合物に比べて、良好なイオン伝導性が発揮できると思われる。
（例１１）
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例１１では、前述の［調合工程］において、原料として、炭酸カルシウム粉末、αアルミナ粉末、および酸化ネオジム粉末に加えて、二酸化チタン粉末を使用した。二酸化チタン粉末は、全体に対して、１０モル％となるように添加した。混合粉末におけるＴｉ／Ａｌ比は、０．１７である。
例１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例１１では、前述の［調合工程］において、原料として、炭酸カルシウム粉末、αアルミナ粉末、および酸化ネオジム粉末に加えて、二酸化チタン粉末を使用した。二酸化チタン粉末は、全体に対して、１０モル％となるように添加した。混合粉末におけるＴｉ／Ａｌ比は、０．１７である。
また、この例１１では、［焼結工程］において、熱処理温度を１３００℃とした。その他の工程は、例１の場合と同様である。
得られた焼結体を、「サンプル１１」と称する。サンプル１１において、Ｎｄ２Ｏ３換算で、Ｎｄの含有量は、１．３モル％であり、モル比Ｎｄ／Ｃａは、０．０４３である。
（例１２）
例１１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例１２では、［調合工程］における各原料の配合比を例１１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。二酸化チタン粉末は、全体に対して、２．７モル％となるように添加した。混合粉末におけるＴｉ／Ａｌ比は、０．０３７である。
例１１と同様の方法により、焼結体を作製した。ただし、この例１２では、［調合工程］における各原料の配合比を例１１の場合とは変化させて、混合粉末を調製した。二酸化チタン粉末は、全体に対して、２．７モル％となるように添加した。混合粉末におけるＴｉ／Ａｌ比は、０．０３７である。
得られた焼結体を、「サンプル１２」と称する。サンプル１２において、Ｎｄ２Ｏ３換算で、Ｎｄの含有量は、２．７モル％であり、モル比Ｎｄ／Ｃａは、０．０９１である。
以下の表３には、サンプル１１およびサンプル１２の原料および焼成条件などをまとめて示した。
前述の方法により、サンプル１１およびサンプル１２の抵抗率を測定した。
測定の結果、サンプル１１の抵抗率は、サンプル２１の抵抗率の０．１０倍であった。また、サンプル１２の抵抗率は、サンプル２１の抵抗率の０．０７倍であった。
これらの結果から、サンプル１１およびサンプル１２では、抵抗率が大きく低減されていることがわかった。
１００ ＳＯＦＣセル
１１０ 酸素極
１２０ 燃料極
１３０ 固体電解質
１４０ 外部負荷
２００ ＳＯＥＣセル
２１０ 酸素極
２２０ 水素極
２３０ 固体電解質
２４０ 外部電源
１１０ 酸素極
１２０ 燃料極
１３０ 固体電解質
１４０ 外部負荷
２００ ＳＯＥＣセル
２１０ 酸素極
２２０ 水素極
２３０ 固体電解質
２４０ 外部電源
Claims (11)
- 酸化物イオン伝導性固体電解質であって、
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
当該酸化物イオン伝導性固体電解質中の前記マイエナイト型化合物の含有量は、６０質量％よりも高い、酸化物イオン伝導性固体電解質。 - 前記金属元素Ｍは、前記マイエナイト型化合物中に含有されている、請求項１に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質。
- 前記金属元素Ｍは、前記マイエナイト型化合物におけるＣａ原子のサイトに配置されている、請求項２に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質。
- Ｃａ原子に対する前記金属元素Ｍのモル比（Ｍ／Ｃａ）は、０．０２≦Ｍ／Ｃａ≦０．２５を満たす、請求項３に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質。
- 酸化物イオン伝導性固体電解質であって、
Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３で表される代表組成を有するマイエナイト型化合物を有し、
プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、およびガドリニウム（Ｇｄ）から選ばれた少なとも１種の金属元素Ｍを有し、
前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質の全体に対して、酸化物換算で０．６５モル％～７．０モル％の範囲で含まれ、
Ｃａ原子に対する前記金属元素Ｍのモル比（Ｍ／Ｃａ）は、０．０２≦Ｍ／Ｃａ≦０．２５を満たす、酸化物イオン伝導性固体電解質。 - 前記金属元素Ｍは、モル比で、０．８４≦（Ｍ＋Ｃａ）／Ａｌ≦０．８８を満たす、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質。
- 前記金属元素Ｍは、当該酸化物イオン伝導性固体電解質中に、酸化物換算で０．５モル％～５．３モル％の範囲で含有される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質。
- さらに、チタン（Ｔｉ）を、酸化物換算で０．１モル％～３０モル％含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質。
- 前記Ｔｉは、前記マイエナイト型化合物におけるＡｌ原子のサイトに配置されている、請求項８に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質。
- 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質を備える燃料電池セル。
- 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質を備える電解セル。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021142547A JP2023035580A (ja) | 2021-09-01 | 2021-09-01 | 酸化物イオン伝導性固体電解質 |
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|---|---|---|---|
| JP2021142547A JP2023035580A (ja) | 2021-09-01 | 2021-09-01 | 酸化物イオン伝導性固体電解質 |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2023035580A true JP2023035580A (ja) | 2023-03-13 |
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| JP2021142547A Pending JP2023035580A (ja) | 2021-09-01 | 2021-09-01 | 酸化物イオン伝導性固体電解質 |
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2021
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