JP4581077B2 - 酸化物イオン伝導体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
La10±d(Si6−x Mg x)O27(1)
(式中、dは0.5である。)で表され、0<x≦0.6の関係を満たすことを特徴とする酸化物イオン伝導体である。
本発明の酸化物イオン伝導体は、下記一般式(1);
La10±d(Si6-xMx)O27(1)
(式中、Mは、同一若しくは異なって、Mg、Al、Sc、Ga、Y又はInを表す。dは、0.5である。)で表され、0<x≦0.9の関係を満たす。
La化合物、Mg化合物及びSi化合物を所定の配合割合でアルコール中で混合して、ゾル溶液を生成させる。例えば、所定量のLa化合物及びMg化合物をアルコールに溶解し、さらに、アルコールで希釈した所定量のSi化合物を加え、この溶液を約55〜65℃で約1.5〜2.5時間加熱・撹拌し、充分混合する。次に、アルコールを蒸発させ、粘度の高いゾル溶液とする。
上記ゾル溶液を室温で数時間から数日静置することにより、固化させ、ゲル体とする。また、ゾル溶液を加熱することにより、固化させ、ゲル体としてもよい。
上記ゲル体を600〜1000℃で3〜4時間焼成した後、粉砕して仮混合粉末を作製することが好ましく、その後、仮混合粉末を成形体に成形し、さらに、1600〜1750℃で1〜13時間焼成した後、粉砕して混合粉末を作製することが好ましい。なお、成形体に成形する方法は、一軸圧縮成形、静水圧プレス、押出し成形、テープキャスト成形等を用いてもよい。また、焼成雰囲気は、空気等の酸化性雰囲気又は不活性ガス雰囲気が好ましい。
上記混合粉末を成形体に成形し、さらに、1650〜1800℃で1〜13時間焼成し、焼結させる。なお、成形体に成形する方法は、一軸圧縮成形、静水圧プレス、押出し成形、テープキャスト成形等を用いてもよい。また、焼成雰囲気は、空気等の酸化性雰囲気又は不活性ガス雰囲気が好ましい。
(1)混合工程
La、Si、Mgのモル比がそれぞれ10:5.7:0.3になるように、硝酸ランタン六水和物及び硝酸マグネシウム六水和物をエタノールに溶解し、さらに、エタノールで希釈したオルトケイ酸テトラエチルを加えた。その後、この溶液を容器に蓋をして60℃で2時間加熱・撹拌し、充分混合した。次に、容器から蓋を取り去って加熱を続け、エタノールを蒸発させ、粘度の高いゾル溶液とした。
ゾル溶液を室温で数時間から数日静置することにより、固化させ、透明なゲル体とした。
ゲル体を800℃で4時間焼成した後、粉砕して仮混合粉末を作製した。その後、仮混合粉末を直径13mm、厚さ1〜2mmの円板状にプレス成形し、さらに、空気中1700℃で12時間焼成した後、粉砕して混合粉末を作製した。
混合粉末を直径13mm、厚さ0.5〜2mmの円板状にプレス成形し、さらに、空気中1750℃で12時間焼成し、焼結させ、表1に示す酸化物イオン伝導体を得た。
La、Si、Mgのモル比がそれぞれ10:6−x:xになるように、硝酸ランタン六水和物、硝酸マグネシウム六水和物、及び、オルトケイ酸テトラエチルを用いた以外は、実施例1と同様に行った。そして、表1に示す酸化物イオン伝導体を得た。
La、Siのモル比がそれぞれ10:6になるように、硝酸ランタン六水和物、及び、オルトケイ酸テトラエチルを用いた以外は、実施例1と同様に行った。そして、表1に示す酸化物イオン伝導体を得た。
第2焼成工程において、空気中1700℃で12時間焼成した以外は、実施例1と同様に行った。そして、表1に示す酸化物イオン伝導体を得た。
La、Si、Mgのモル比がそれぞれ10:6−x:xになるように、硝酸ランタン六水和物、硝酸マグネシウム六水和物、及び、オルトケイ酸テトラエチルを用いた以外は、実施例4と同様に行った。そして、表1に示す酸化物イオン伝導体を得た。
La、Siのモル比がそれぞれ10:6になるように、硝酸ランタン六水和物、及び、オルトケイ酸テトラエチルを用いた以外は、実施例4と同様に行った。そして、表1に示す酸化物イオン伝導体を得た。
第2焼成工程において、空気中1750℃で2時間焼成した以外は、実施例1と同様に行った。そして、表1に示す酸化物イオン伝導体を得た。
La、Si、Mgのモル比がそれぞれ10:6−x:xになるように、硝酸ランタン六水和物、硝酸マグネシウム六水和物、及び、オルトケイ酸テトラエチルを用いた以外は、実施例4と同様に行った。そして、表1に示す酸化物イオン伝導体を得た。
La、Siのモル比がそれぞれ10:6になるように、硝酸ランタン六水和物、及び、オルトケイ酸テトラエチルを用いた以外は、実施例7と同様に行った。そして、表1に示す酸化物イオン伝導体を得た。
厚さ0.5mmの安定化ジルコニア(ZrO2−8mol%Y2O3系:ZR−8Y、(株)ニッカトー製)を酸化物イオン伝導体とした。
(1)粉末X線回折測定
図2〜4は、実施例1〜9及び比較例1〜3に係る酸化物イオン伝導体をX線回折法で調べた図である。図2〜4中の200、111等の指数は、アパタイト型の結晶構造の結晶面指数であり、主要なピークが全て指数付けでき、主構成相の結晶構造はアパタイト型とした。ただし、実施例3及び実施例9に係る酸化物イオン伝導体では、アパタイト型に由来するピーク以外に、他の結晶相による矢印で示すピークが観察された。
実施例1〜9及び比較例1〜4に係る酸化物イオン伝導体の両面に、白金ペ−ストを塗布し、1000℃で焼付けて電極(電極面積7〜20mm2)を形成した。その後、電気炉中で温度を変化させ、周波数0.1Hz〜10MHzで電極間のインピーダンスをインピーダンスアナライザー(SI1260、ソーラートロン製)で測定した。そして、インピーダンスの実部と虚部とのコール・コールプロットにより、結晶粒内の抵抗を評価し、電極面積と試料の厚さとから酸化物イオン伝導度σ(S/cm)を計算した。その結果を図5及び6に示す。
Claims (5)
- 下記一般式(1);
La10±d(Si6−x Mg x)O27(1)
(式中、dは0.5である。)で表され、0<x≦0.6の関係を満たすことを特徴とする酸化物イオン伝導体。 - 請求項1に記載の酸化物イオン伝導体を電解質として用いてなる固体酸化物型燃料電池。
- 請求項1に記載の酸化物イオン伝導体を用いてなるガスセンサー。
- 請求項1に記載の酸化物イオン伝導体を用いてなる酸素分離膜。
- La化合物、Si化合物及びMg化合物を、La:Si:Mgのモル比が10±d:6−x:x(d=0.5、0<x≦0.6)となるように混合して、ゾル溶液を生成させる混合工程と、
前記ゾル溶液を固化させ、ゲル体を生成させる固化工程と、
前記ゲル体を、1600〜1750℃で焼成した後、粉砕して混合粉末を作製する第1焼成工程と、
前記混合粉末を成形体に成形し、さらに、1650〜1800℃で焼成し、焼結させる第2焼成工程と、
からなる酸化物イオン伝導体の製造方法。
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