JP4783080B2 - プロトン導電性酸化物、酸化物プロトン導電性膜、水素透過構造体及びそれを用いた燃料電池 - Google Patents
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SOLID STATE IONICS、162−163(2003)、291−296頁 SOLID STATE IONICS、61(1993)83−91頁 SOLID STATE IONICS、51(1992)101−102頁
0.3μm程度である。
アルカリ土類金属(Sr又はBa)の炭酸塩(ACO3)の粉末と、Zrの酸化物(ZrO2)の粉末及びYbの酸化物(Yb2O3)の粉末を、表1の原料組成に示す組成比になるよう秤量し、充分混合した。得られた混合物を金型に入れプレス成形により20mmφ×5mmtの円板を製造した。製造された円板を、1650℃で10時間焼結することにより、焼結体円板を得た。焼結体の酸化物の組成と構造を、下記実施例における「3.構造組成評価」と同じ方法により分析したところ、実施例及び比較例における酸化物プロトン導電性膜の分析結果と同様の組成、構造を示す分析結果が得られた。
実施例1〜6及び比較例1〜3のいずれについても、以下に示す方法、条件で、水素透過構造体及び電池構造体を作成した。
15mm角、厚み0.1mmのPd(パラジウム)板基材(水素透過性能を有する金属基材)を、レーザー透過用の合成石英ガラス窓を備えた真空チャンバー内部のホルダーにセットし、ホルダー部の温度を650℃に加熱した。酸素を、マスフローメータを通して導入し、酸素分圧1×10−2Torrにチャンバー内圧力を調整した。
得られたプロトン導電性膜上にステンレスマスクを通して、2mm角サイズのPd薄膜を0.1μmの厚みに電子ビーム蒸着で設け、図1に示すサンドイッチ構造を有する電池構造体を形成した。なお、図1は、電池構造体の概略断面図を示すものである。
水素透過構造体の酸化物プロトン導電性膜について、Cuターゲットを用い、薄膜XRD測定を入射角0.5°で実施した。その結果を表1に示す。又、膜の組成((Sr+Ba)と(Zr+Yb)の原子比)をICP(イオン結合プラズマ分光分析法)で調べた。その結果も表1に示す。
電池構造体につき、500℃でPd基材側に水素を0.4L/minで流し、Pd薄膜側に空気を0.4L/minで流して、ゼロ電流時の初期電圧及び0.5Vでの電池出力を測定した。その結果を表2に示す。
Claims (8)
- 化学式A2(Zr1−x Yb x)O4(式中、Aは、Sr及びBaからなる群より選ばれるアルカリ土類金属を表わし、0<x<0.8である。)で表わされる化合物及び化学式A(Zr1−x Yb x)O3(式中、A及びxは、前記と同じ意味を表わす。)で表わされペロブスカイト構造である化合物が混在してなり、かつ1.1≦A/(Zr+Yb)≦2.0(原子比)であることを特徴とするプロトン導電性酸化物。
- 化学式A2(Zr1−x Yb x)O4(式中、Aは、Sr及びBaからなる群より選ばれるアルカリ土類金属を表わし、0<x<0.8である。)で表わされる化合物からなり、かつ1.1≦A/(Zr+Yb)≦2.0(原子比)であることを特徴とするプロトン導電性酸化物。
- 請求項1又は請求項2に記載のプロトン導電性酸化物よりなり、その厚みが20μm以下であることを特徴とする酸化物プロトン導電性膜。
- 水素透過性能を有する金属基材、及びその上に形成された酸化物プロトン導電性膜からなり、前記酸化物プロトン導電性膜が、請求項3に記載の酸化物プロトン導電性膜であることを特徴とする水素透過構造体。
- 前記水素透過性能を有する金属基材が、水素透過性金属膜であることを特徴とする請求項4に記載の水素透過構造体。
- 前記水素透過性能を有する金属基材が、金属多孔体基材の表面に水素透過性金属膜を設けたものであることを特徴とする請求項4に記載の水素透過構造体。
- 前記水素透過性金属膜が、Pdを含んだ金属膜、又はV、Nb及びTaから選ばれるいずれかを含んだ金属膜の両面にPdを含んだ膜を成膜したものであることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の水素透過構造体。
- 請求項4ないし請求項7のいずれか1項に記載の水素透過構造体を用いることを特徴とする燃料電池。
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