JP4933757B2 - Non-electron conductive composition graded solid electrolyte membrane - Google Patents

Non-electron conductive composition graded solid electrolyte membrane Download PDF

Info

Publication number
JP4933757B2
JP4933757B2 JP2005257139A JP2005257139A JP4933757B2 JP 4933757 B2 JP4933757 B2 JP 4933757B2 JP 2005257139 A JP2005257139 A JP 2005257139A JP 2005257139 A JP2005257139 A JP 2005257139A JP 4933757 B2 JP4933757 B2 JP 4933757B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
solid electrolyte
electrolyte membrane
reduction
ion conductivity
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.)
Active
Application number
JP2005257139A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007073272A (en
Inventor
洋祐 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Noritake Co Ltd
Original Assignee
Noritake Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Noritake Co Ltd filed Critical Noritake Co Ltd
Priority to JP2005257139A priority Critical patent/JP4933757B2/en
Publication of JP2007073272A publication Critical patent/JP2007073272A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4933757B2 publication Critical patent/JP4933757B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、非電子伝導性の固体電解質膜に関する。   The present invention relates to a non-electron conductive solid electrolyte membrane.

例えば、固体酸化物型燃料電池(以下、SOFCという)は、発電効率が高く、環境負荷が低く、しかも多様な燃料の使用が可能である等の利点があるため、次世代の発電装置として開発が進められている。SOFCは、一般に、酸化物イオン伝導体から成る固体電解質緻密膜層に空気極層(すなわちカソード)と燃料極層(すなわちアノード)とを積層した構造が採られ、カソード側に空気を、アノード側に水素含有ガスを流して用いられる。これらカソードおよびアノードは、ガス拡散性の高い多孔質膜で構成される。このようなSOFCにおいては、カソード側に供給された空気中の酸素は、電気化学的に還元されて酸素イオンになり、電解質層内をアノードに向かって移動する。アノードに到達した酸素イオンは、アノード側に供給されたガス中の水素等を酸化して外部負荷に電子を放出し、電気エネルギーを生成する。   For example, solid oxide fuel cells (hereinafter referred to as SOFC) have the advantages of high power generation efficiency, low environmental impact, and the ability to use a variety of fuels. Is underway. The SOFC generally has a structure in which an air electrode layer (that is, a cathode) and a fuel electrode layer (that is, an anode) are stacked on a solid electrolyte dense membrane layer made of an oxide ion conductor. It is used by flowing a hydrogen-containing gas. These cathode and anode are composed of a porous film having high gas diffusibility. In such an SOFC, oxygen in the air supplied to the cathode side is electrochemically reduced to oxygen ions and moves in the electrolyte layer toward the anode. Oxygen ions that have reached the anode oxidize hydrogen or the like in the gas supplied to the anode side, release electrons to an external load, and generate electrical energy.

上記SOFC用の固体電解質に求められる材料特性としては、幅広い酸素分圧範囲における高いイオン伝導性、低い電子伝導性、耐熱性、還元耐久性、機械的強度が挙げられる。この中でもイオン伝導性は固体電解質に要求される本質的な特性であって、SOFCの発電性能に直接的に影響を及ぼす。近年、SOFCの低温作動化の方向性に呼応して、例えば700〜800(℃)程度の低温域における高いイオン伝導性が要求されるに至っている。   The material characteristics required for the solid electrolyte for SOFC include high ionic conductivity, low electron conductivity, heat resistance, reduction durability, and mechanical strength in a wide range of oxygen partial pressure. Among these, ionic conductivity is an essential characteristic required for a solid electrolyte, and directly affects the power generation performance of SOFC. In recent years, high ion conductivity in a low temperature range of, for example, about 700 to 800 (° C.) has been required in response to the direction of low temperature operation of SOFC.

ところで、SOFC用の固体電解質としては、イットリア安定化ジルコニア(以下、YSZという)が、化学的安定性が高く且つ機械的強度が高いことから広く用いられている。しかしながら、YSZのイオン伝導率は十分に高いとは言えず、とりわけ800(℃)以下の低温域ではイオン伝導率は極めて低くなり、0.01(S/cm)以下に過ぎない。そのため、YSZを電解質として用いるSOFCの作動温度は、一般に1000(℃)付近になることから、周辺部材の高い耐熱性が要求されるのでステンレス鋼等の汎用材料が利用し難い問題がある。   By the way, yttria-stabilized zirconia (hereinafter referred to as YSZ) is widely used as a solid electrolyte for SOFC because it has high chemical stability and high mechanical strength. However, the ionic conductivity of YSZ cannot be said to be sufficiently high. In particular, the ionic conductivity is extremely low at a low temperature range of 800 (° C.) or less, and is only 0.01 (S / cm) or less. Therefore, since the operating temperature of SOFC using YSZ as an electrolyte is generally around 1000 (° C.), there is a problem that it is difficult to use general-purpose materials such as stainless steel because high heat resistance of peripheral members is required.

なお、YSZから成る固体電解質を例えば10(μm)程度の薄膜に構成して抵抗値を小さくすることにより、低温作動を可能とする取り組みが多数為されている。しかしながら、薄膜の固体電解質は多孔質支持体上に設けて機械的強度を補う必要があると共に、製造方法が特殊な方法に限定される問題がある。また、このような構成では、長期間に亘る使用時に温度変化に繰り返し曝されることに起因する電解質膜の破損が生じないように、多孔質支持体と固体電解質との熱膨張係数の相違やそれらとアノードおよびカソードとの熱膨張係数の相違等を可及的に小さくする必要もある。更に、多孔質支持体が固体電解質の表面或いは裏面へのガス供給の妨げとならないように、ガス拡散性能の可及的に高い支持体を用いる必要がある。すなわち、YSZをSOFC用の固体電解質として用いることは、特に低温作動化を考慮すると著しく困難である。   Many efforts have been made to enable low-temperature operation by forming a solid electrolyte made of YSZ into a thin film of about 10 (μm), for example, and reducing the resistance value. However, there is a problem that the thin film solid electrolyte needs to be provided on the porous support to supplement the mechanical strength, and the manufacturing method is limited to a special method. Also, in such a configuration, the difference in thermal expansion coefficient between the porous support and the solid electrolyte can be prevented so that the electrolyte membrane is not damaged due to repeated exposure to temperature changes during long-term use. It is also necessary to reduce the difference in thermal expansion coefficient between the anode and the cathode as much as possible. Furthermore, it is necessary to use a support having as high a gas diffusion performance as possible so that the porous support does not hinder the gas supply to the front or back surface of the solid electrolyte. That is, it is extremely difficult to use YSZ as a solid electrolyte for SOFC, especially considering low temperature operation.

これに対して、YSZよりも10倍以上高いイオン伝導率を有する固体電解質材料として、LaGaOx系材料が提案されている(例えば、特許文献1,2等を参照)。このLaGaOx系材料は、低温域でも高いイオン伝導率を有することから、この点ではYSZよりも有利であるが、機械的強度や還元耐久性はYSZに比べて劣る(すなわち耐久性が低い)問題がある。 In contrast, as a solid electrolyte material having a high ionic conductivity 10 times more than YSZ, LaGaO x based materials have been proposed (e.g., see Patent Documents 1 and 2). Since this LaGaO x- based material has high ionic conductivity even in a low temperature range, it is advantageous over YSZ in this respect, but mechanical strength and reduction durability are inferior to YSZ (that is, durability is low). There's a problem.

例えば、YSZ緻密体の曲げ強度が800〜1000(MPa)程度であるのに対し、LaGaOx系材料の曲げ強度は200(MPa)程度に過ぎない。そこで、LaGaOx系材料の強度向上を目的として、アルミナ粉末を添加した焼結体(特許文献3等を参照)、アルミニウムでペロブスカイト構造の一部を置換した焼結体(特許文献4等を参照)、AサイトのGaの一部をアルミニウムやマグネシウム等で置換した(すなわちアルミニウムやマグネシウム等が固溶した)焼結体(特許文献5等を参照)、LaGaO3系酸化物にチタンまたはバナジウムを含有させた焼結体(特許文献6等を参照)等が提案されている。しかしながら、これらの焼結体も、強度はせいぜい400(MPa)程度に留まり、YSZの半分程度に過ぎない。 For example, the bending strength of a YSZ dense body is about 800 to 1000 (MPa), whereas the bending strength of a LaGaO x- based material is only about 200 (MPa). Therefore, for the purpose of improving the strength of the LaGaO x- based material, a sintered body to which alumina powder is added (see Patent Document 3), and a sintered body in which a part of the perovskite structure is replaced with aluminum (see Patent Document 4). ), A sintered body in which a part of Ga at the A site is replaced with aluminum, magnesium or the like (that is, aluminum or magnesium is dissolved) (see Patent Document 5), titanium or vanadium is added to the LaGaO 3 oxide. There has been proposed a sintered body (see Patent Document 6). However, these sintered bodies also have a strength of about 400 (MPa) at most and only about half of YSZ.

また、前述したように、SOFC用固体電解質は使用時に一面が還元雰囲気に曝され、他面が酸化雰囲気に曝されることとなるが、還元耐久性は、このような環境下における割れや破壊の生じ難さをいうものである。LaGaOx系材料は、還元雰囲気において酸化雰囲気よりも大きな体積膨張を示すことから、固体電解質膜に用いられると膜の両面で体積膨張が相違するので、SOFCを長期間に亘って作動させると膜に応力が繰り返し作用するため、割れなどが生じ易いのである。 In addition, as described above, one side of the SOFC solid electrolyte is exposed to a reducing atmosphere and the other side is exposed to an oxidizing atmosphere during use, but the reduction durability is cracked or broken in such an environment. This is the difficulty of occurrence. Since the LaGaO x- based material exhibits a larger volume expansion in the reducing atmosphere than in the oxidizing atmosphere, when used in a solid electrolyte membrane, the volume expansion differs on both sides of the membrane. Since stress acts repeatedly, cracks and the like are likely to occur.

また、LaGaOx系材料と同様に、YSZよりも10倍以上高いイオン伝導率を有する固体電解質材料として、SmやGdをドープしたCeO2系酸化物も見出されている。しかしながら、このCeO2系酸化物は、還元雰囲気において電子伝導性が発現すると共に、還元雰囲気における体積膨張が著しく大きい問題がある。
特開平09−161824号公報 特開平11−335164号公報 特開2000−044340号公報 特開2000−226260号公報 特開2001−332122号公報 特開2003−112973号公報 特開平05−151981号公報 特開平07−296838号公報 特開平09−266000号公報 特開2001−052722号公報 特開2002−015756号公報
Similarly to LaGaO x -based materials, CeO 2 -based oxides doped with Sm and Gd have been found as solid electrolyte materials having an ionic conductivity 10 times higher than that of YSZ. However, this CeO 2 -based oxide has problems in that electron conductivity is exhibited in a reducing atmosphere and volume expansion in the reducing atmosphere is remarkably large.
JP 09-161824 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-335164 JP 2000-044340 A JP 2000-226260 A JP 2001-332122 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-112973 Japanese Patent Laid-Open No. 05-151981 Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-296838 JP 09-266000 A JP 2001-052722 A JP 2002-015756 A

上述したように、従来から知られているイオン伝導率の高い固体電解質材料は、還元雰囲気において酸化雰囲気よりも大きな体積膨張を示す。還元雰囲気における体積膨張すなわち還元膨張は、酸素イオンの伝導に起因するもので、一般に、酸素イオン伝導率の大きな固体電解質材料ほど還元膨張が大きい。すなわち、高い発電特性が得られるようにイオン伝導率の高い固体電解質材料を適用すると、還元膨張率が大きくなるので還元耐久性は低下することとなる。なお、還元膨張率(%)は、還元雰囲気下における熱膨張率をEred(%)、空気雰囲気下における熱膨張率をEair(%)としたとき、下記(1)式で与えられる。
[{(1+Ered/100)-(1+Eair/100)}/(1+Eair/100)]×100 ・・・(1)
As described above, conventionally known solid electrolyte materials with high ionic conductivity exhibit a larger volume expansion than the oxidizing atmosphere in the reducing atmosphere. Volume expansion in a reducing atmosphere, that is, reductive expansion, is caused by the conduction of oxygen ions. In general, a solid electrolyte material having a larger oxygen ion conductivity has a larger reductive expansion. That is, when a solid electrolyte material having high ionic conductivity is applied so that high power generation characteristics can be obtained, the reduction expansion coefficient increases, so that the reduction durability decreases. The reductive expansion rate (%) is given by the following equation (1), where E red (%) is the thermal expansion coefficient in the reducing atmosphere and E air (%) is the air expansion coefficient in the air atmosphere.
[{(1 + E red / 100)-(1 + E air / 100)} / (1 + E air / 100)] × 100 (1)

また、材料の体積膨張と強度とが判っていれば、膜が理論的に破損する体積膨張率(限界体積膨張率)Emは下記(2)式で算出できる。なお、下記(2)式において、Stは引張り強度、νはポアソン比、Esはヤング率である。
m = [St×(1−2ν)/Es/1000]×100 ・・・(2)
Also, if found the volume expansion and the strength of the material, the volume expansion rate of the film is theoretically broken (critical volume expansion ratio) E m can be calculated by the following equation (2). In the following equation (2), S t is the tensile strength, [nu is the Poisson's ratio, E s is Young's modulus.
E m = [S t × (1−2ν) / E s / 1000] × 100 (2)

前述したLaGaOx系材料およびCeO2系材料は、何れも焼結状態(例えば焼結密度や焼結体の結晶粒径等)に応じてヤング率やポアソン比が変化する。そこで、LaGaOx系材料の代表的な組成例La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Oxについて、その一般的な物性(ヤング率100(GPa)、ポアソン比0.3)を用いて上記(2)式から限界体積膨張率を算出すると、0.015(%)程度になる。経験的に、還元膨張率が限界体積膨張率の3〜10倍程度まで大きくなると、発生する応力で膜が破損する。そのため、上記組成例の場合には、例えば0.045(%)以上の還元膨張率で膜破損が生じる可能性があるが、下記の表1に示すように、その還元膨張率は0.05(%)であるから、上記組成例は還元耐久性を満足できる下限値近傍にある。 The LaGaO x -based material and CeO 2 -based material described above change in Young's modulus and Poisson's ratio depending on the sintered state (for example, the sintered density and the crystal grain size of the sintered body). Therefore, a typical composition example of LaGaO x -based material La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O x is obtained from the above equation (2) using its general physical properties (Young's modulus 100 (GPa), Poisson's ratio 0.3). When the critical volume expansion coefficient is calculated, it is about 0.015 (%). Empirically, when the reduction expansion coefficient increases to about 3 to 10 times the critical volume expansion coefficient, the film is damaged by the generated stress. Therefore, in the case of the above composition example, there is a possibility that film breakage may occur at a reduction expansion coefficient of, for example, 0.045 (%) or more, but as shown in Table 1 below, the reduction expansion coefficient is 0.05 (%). Therefore, the above composition example is in the vicinity of the lower limit value that can satisfy the reduction durability.

Figure 0004933757
Figure 0004933757

但し、SOFCに適用するに際しては、発電装置の安全性を考慮する必要があることから、現実には限界体積膨張率よりも還元膨張率が小さいことが必要となる。すなわち、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Oxの場合には、例えば0.01(%)以下の還元膨張率が望ましい。各種固体電解質材料について、前記(2)式に従って同様に計算すると、何れも限界体積膨張率は0.02〜0.03(%)程度であり、0.01(%)以下の還元膨張率が要求されることになる。上記の表1に示すように、LaGaOx系材料およびCeO2系材料(イオン伝導率が低いCeO2等を除く)の何れも、還元膨張率はそれよりも遙かに大きい値であり、還元膨張率が低くなるほど酸素イオン伝導率も低くなるから、酸素イオン伝導率が高い材料では還元耐久性を満足し得ないことが明らかである。 However, when applying to SOFC, it is necessary to consider the safety of the power generation apparatus, so in reality, it is necessary that the reduction expansion coefficient is smaller than the limit volume expansion coefficient. That is, in the case of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O x , for example, a reduction expansion coefficient of 0.01 (%) or less is desirable. When various solid electrolyte materials are similarly calculated according to the above equation (2), the critical volume expansion coefficient is about 0.02 to 0.03 (%), and a reduction expansion coefficient of 0.01 (%) or less is required. . As shown in Table 1 above, the reduction expansion coefficient of both LaGaO x- based materials and CeO 2 -based materials (excluding CeO 2 having a low ionic conductivity) is much larger than that. Since the oxygen ion conductivity decreases as the expansion coefficient decreases, it is clear that a material having high oxygen ion conductivity cannot satisfy the reduction durability.

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的は、酸素イオン伝導度が高く且つ還元耐久性の優れた非電子伝導性固体電解質膜を提供することにある。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and an object thereof is to provide a non-electron conductive solid electrolyte membrane having high oxygen ion conductivity and excellent reduction durability.

斯かる目的を達成するための本発明の非電子伝導性組成傾斜型固体電解質膜の要旨とするところは、(a)一般式(La 1-x Sr x)(Gay Mg 1-y)O3(但し、0<1、01、以下、一般式 1 という)で表されるペロブスカイト複合酸化物である第1の固体電解質から成る第1層と、(b)一般式(La 1-p Sr p )(Ga q Mg 1-q-r Co r )O 3 (但し、0<p<1、0<q<1、0≦r<1、以下、一般式C 2 という)で表されるペロブスカイト複合酸化物または一般式Ce z C 1-z O δ (CはSm,Gd,Ca,Yのうちから選ばれる1種または2種以上の組み合わせ、0<z<1、以下、一般式C 3 という)で表されるセリウム酸化物であって前記第1の固体電解質よりも還元膨張率が大きい第2の固体電解質から成り且つ前記第1層に積層された第2層とを、含むことにある。 In order to achieve such an object, the gist of the non-electron conductive composition-graded solid electrolyte membrane of the present invention is that (a) the general formula ( La 1-x Sr x ) (Ga y Mg 1-y ) O 3 (where, 0 <x <1,0 <y <1, hereinafter referred to as the general formula C 1) a first layer comprising a first solid electrolyte is a perovskite composite oxide represented by, (b) general Formula (La 1-p Sr p ) (Ga q Mg 1-qr Co r ) O 3 (where 0 <p <1, 0 <q <1, 0 ≦ r <1, hereinafter referred to as general formula C 2 ) Perovskite complex oxide represented by the general formula Ce z C 1-z O δ (where C is one or a combination of two or more selected from Sm, Gd, Ca, Y, 0 <z <1, , a second layer stacked on the formula C 3 hereinafter) represented by the cerium oxide is a by consist second solid electrolyte is larger reduction expansion than the first solid electrolyte and by the first layer Is to include.

このようにすれば、固体電解質膜は、第1の固体電解質から成る第1層に第2の固体電解質から成る第2層が積層された積層構造に構成される。この積層構造において、第2層を構成する第2の固体電解質は、第1層を構成する第1の固体電解質よりも還元膨張率が大きい特性を有するが、上記一般式 1 、C 2 で表されるペロブスカイト化合物および一般式C 3 で表されるセリウム酸化物は、何れも酸素イオン伝導率と還元耐久性とがトレードオフの関係にある。そのため、上記固体電解質膜は、相対的に還元膨張率が小さく且つ酸素イオン伝導率の低い第1層に、相対的に還元膨張率が大きく且つ酸素イオン伝導率の高い第2層が積層された積層体、すなわち、相互に組成の異なる2つの固体電解質を酸素イオンの移動方向に積層した組成傾斜型の固体電解質膜になる。 According to this configuration, the solid electrolyte membrane has a laminated structure in which the second layer made of the second solid electrolyte is laminated on the first layer made of the first solid electrolyte. In this laminated structure, the second solid electrolyte constituting the second layer has a characteristic that the reduction expansion coefficient is larger than that of the first solid electrolyte constituting the first layer. However, in the general formulas C 1 and C 2 , cerium oxide represented by perovskite compound and the formula C 3 represented are both oxygen ionic conductivity and reducing durability have a trade-off relationship. Therefore, in the solid electrolyte membrane, a second layer having a relatively high reduction expansion coefficient and a high oxygen ion conductivity is laminated on a first layer having a relatively low reduction expansion coefficient and a low oxygen ion conductivity. A laminated body, that is, a composition-gradient type solid electrolyte membrane in which two solid electrolytes having different compositions are laminated in the direction of oxygen ion movement.

したがって、固体電解質膜を使用するに際して、相対的に還元膨張率が小さい第1層を還元雰囲気側に配置すれば、相対的に酸素イオン伝導率の高い第2層がその第1層によって還元雰囲気から保護される。このとき、第1層内には、その膜厚やこれを構成する第1の固体電解質の組成に応じて、還元雰囲気側から第2層に向かうに従って高くなるように酸素分圧の傾斜が形成されるため、第1層と第2層との界面における酸素分圧はその傾斜の程度に応じて高くなる。そこで、それら膜厚や組成を、第1層自体の還元膨張が十分に抑制され且つ前記界面における酸素分圧が十分に低くなるように定めることによって、還元膨張率の大きい第2層の還元膨張を抑制し、延いては固体電解質膜全体の還元耐久性を十分に高めることができる。   Therefore, when the solid electrolyte membrane is used, if the first layer having a relatively low reduction expansion coefficient is disposed on the reducing atmosphere side, the second layer having a relatively high oxygen ion conductivity is reduced by the first layer. Protected from. At this time, in the first layer, an oxygen partial pressure gradient is formed so as to increase from the reducing atmosphere side toward the second layer in accordance with the film thickness and the composition of the first solid electrolyte constituting the first layer. Therefore, the oxygen partial pressure at the interface between the first layer and the second layer becomes higher according to the degree of the inclination. Therefore, by setting the film thickness and composition so that the reductive expansion of the first layer itself is sufficiently suppressed and the oxygen partial pressure at the interface is sufficiently low, the reductive expansion of the second layer having a large reductive expansion coefficient. And thus the reduction durability of the entire solid electrolyte membrane can be sufficiently increased.

ところで、第1層は酸素イオン伝導率が低い第1の固体電解質で構成されているが、固体電解質の酸素イオン伝導度は膜厚に略反比例する。すなわち、固体電解質の組成が同一であれば、膜厚を薄くするほど酸素イオン伝導度が高められる。そのため、膜厚を適宜定めることにより、第1の固体電解質の酸素イオン伝導率が低くとも、固体電解質膜全体を第2の固体電解質で構成した場合に対する酸素イオン伝導度の低下を抑制し、延いては十分に高い酸素イオン伝導度を得ることができる。例えば、固体電解質膜全体を第2の固体電解質で構成した場合における酸素イオン伝導度よりも、第1層内における酸素イオン伝導度が高くなるようにその第1層の膜厚を設定すれば、その第1層を積層することによる酸素イオン伝導度の低下が殆ど無視できるので、第2層のみで構成する場合と同程度の酸素イオン伝導度を得ることができる。   By the way, although the 1st layer is comprised with the 1st solid electrolyte with low oxygen ion conductivity, the oxygen ion conductivity of a solid electrolyte is substantially inversely proportional to a film thickness. That is, if the composition of the solid electrolyte is the same, the oxygen ion conductivity is increased as the film thickness is reduced. Therefore, by appropriately determining the film thickness, even if the oxygen ion conductivity of the first solid electrolyte is low, a decrease in oxygen ion conductivity with respect to the case where the entire solid electrolyte membrane is composed of the second solid electrolyte is suppressed, and Therefore, a sufficiently high oxygen ion conductivity can be obtained. For example, if the film thickness of the first layer is set so that the oxygen ion conductivity in the first layer is higher than the oxygen ion conductivity in the case where the entire solid electrolyte membrane is composed of the second solid electrolyte, Since the decrease in oxygen ion conductivity due to the lamination of the first layer is almost negligible, it is possible to obtain the same oxygen ion conductivity as when only the second layer is configured.

上記により、要求される還元耐久性と所望する酸素イオン伝導度とを比較考量して、第1層および第2層の膜厚や、第1の固体電解質および第2の固体電解質の組成を定めることによって、酸素イオン伝導度が高く且つ還元耐久性に優れた固体電解質膜が得られる。   Based on the above, the required reduction durability and the desired oxygen ion conductivity are weighed to determine the film thicknesses of the first layer and the second layer, and the compositions of the first solid electrolyte and the second solid electrolyte. Thus, a solid electrolyte membrane having high oxygen ion conductivity and excellent reduction durability can be obtained.

なお、本願において、前記一般式 1 、C 2 で表されるペロブスカイト化合物には、その一般式 1 、C 2 の表示に拘らず、酸素数が3のものの他にそれよりも僅かに小さいものも含まれる。本発明において有効な酸素数は、酸素分圧によっても異なるので一義的に定めることはできないが、例えば、2.4〜3の範囲が好適である。また、前記一般式C 3 で表されるセリウム酸化物CezC1-zOδにおける酸素数δは、セリウムを置換する元素Cの種類やその置換割合に応じて定められる値であって、一般に2以下の値である。元素Cが3価のSm等である場合には、例えばδ=2-(z/2)であり、2価のCaの場合には、例えばδ=2-zである。 In the present application, wherein the general formula C 1, perovskite compounds represented by C 2, regardless of the display of the general formula C 1, C 2, the number of oxygen is smaller slightly than the other three ones Also included. The number of oxygen effective in the present invention varies depending on the oxygen partial pressure and cannot be uniquely determined. For example, the range of 2.4 to 3 is suitable. The oxygen number δ in the cerium oxide Ce z C 1-z O δ represented by the general formula C 3 is a value determined according to the type of element C substituting cerium and the substitution ratio thereof. Generally, the value is 2 or less. When the element C is trivalent Sm or the like, for example, δ = 2− (z / 2), and when the element C is divalent Ca, for example, δ = 2−z.

また、本願において、「非電子伝導性」とは、イオン伝導率に比較して電子伝導率が無視できる程度に小さいことを意味する。酸素イオン伝導率をσ(O2-)、電子伝導率をσ(e-)とすると、イオン輸率tは下記(3)式で与えられ、一般にはt≧0.99のときに非電子伝導性とされる。本願においても原則的にこれに従うが、必ずしもt<0.99であるものを全て排除するものではない。
t=σ(O2-)/{σ(O2-)+σ(e-)} ・・・(3)
In the present application, “non-electron conductivity” means that the electron conductivity is small enough to be ignored as compared with the ionic conductivity. When the oxygen ion conductivity is σ (O 2− ) and the electron conductivity is σ (e ), the ion transport number t is given by the following equation (3). It is said. In principle, this is followed in the present application, but not all of the cases where t <0.99 are necessarily excluded.
t = σ (O 2− ) / {σ (O 2− ) + σ (e )} (3)

因みに、前記特許文献7〜9には、固体電解質膜と電極層(空気極または燃料極)間を組成傾斜させる技術が記載されている。これらは熱膨張差を緩和し或いは三相界面を増大することを目的とするものであって、固体電解質膜自体を組成傾斜させる本発明とは構成および目的が何れも相違する。   Incidentally, Patent Documents 7 to 9 describe techniques for inclining the composition between the solid electrolyte membrane and the electrode layer (air electrode or fuel electrode). These are intended to alleviate the difference in thermal expansion or increase the three-phase interface, and are different in configuration and purpose from the present invention in which the solid electrolyte membrane itself is compositionally graded.

また、前記特許文献10には、固体電解質部に中間層(固体電解質)を形成して、空気極における電圧降下を低下させる技術が、前記特許文献11には、固体電解質部を積層してイオン輸率を1に近づける技術が、それぞれ記載されているが、何れも還元耐久性を考慮したものではなく、本発明とは構成自体も相違する。   Further, Patent Document 10 discloses a technique for forming an intermediate layer (solid electrolyte) in a solid electrolyte portion to reduce a voltage drop at an air electrode. Patent Document 11 describes that a solid electrolyte portion is stacked to form an ion. Although techniques for bringing the transport number closer to 1 are described, none of them considers reduction durability, and the configuration itself is different from the present invention.

ここで、好適には、前記第1層は0.01(%)未満の還元膨張率を有し、且つ前記第2層は0.01(%)以上の還元膨張率を有するものである。このようにすれば、第1層の還元膨張率が十分に小さく、且つ第2層の酸素イオン伝導率が十分に高いことから、SOFC用に一層好適な固体電解質膜が得られる。   Here, preferably, the first layer has a reduction expansion coefficient of less than 0.01 (%), and the second layer has a reduction expansion coefficient of 0.01 (%) or more. In this way, since the reduction expansion coefficient of the first layer is sufficiently small and the oxygen ion conductivity of the second layer is sufficiently high, a solid electrolyte membrane more suitable for SOFC can be obtained.

また、好適には、前記第2層は厚さ寸法を0.5(mm)としたときに0.1(S/cm)以上の酸素イオン伝導率を有するものである。このようにすれば、第2層の酸素イオン伝導率が十分に高いことから、酸素イオン伝導度が一層高い固体電解質膜が得られる。一層好適には、第2層の酸素イオン伝導率は0.25(S/cm)以上である。   Preferably, the second layer has an oxygen ion conductivity of 0.1 (S / cm) or more when the thickness dimension is 0.5 (mm). In this way, since the oxygen ion conductivity of the second layer is sufficiently high, a solid electrolyte membrane with higher oxygen ion conductivity can be obtained. More preferably, the oxygen ion conductivity of the second layer is 0.25 (S / cm) or more.

また、好適には、前記第1層および前記第2層は緻密質である。SOFC用の固体電解質膜には、酸素が気体分子のまま透過しないことが要求されるため、緻密質であることが望ましい。なお、本発明において「緻密質」とは、固体電解質膜が曝される雰囲気中の気体分子をそのまま厚み方向に透過させない組織を、固体電解質膜が有していることを意味する。すなわち、ここにいう緻密性は一義的に定められるものではなく、予定されている使用態様において上述した特性を有していれば足りる。   Preferably, the first layer and the second layer are dense. The solid electrolyte membrane for SOFC is required to be dense because oxygen is required not to pass through as gas molecules. In the present invention, “dense” means that the solid electrolyte membrane has a structure that does not allow gas molecules in the atmosphere to which the solid electrolyte membrane is exposed to permeate in the thickness direction. That is, the preciseness mentioned here is not uniquely determined, and it is sufficient if it has the above-described characteristics in the intended use mode.

また、好適には、前記第1層の厚さ寸法は、0.2(mm)以下である。このようにすれば、相対的に酸素イオン伝導率の低い第1層の膜厚が十分に薄いことから、酸素イオン伝導度の一層高い固体電解質膜が得られる。なお、第1層は、第2層を覆うことによって還元雰囲気から保護するものであれば足り、例えば完全に覆うものであることが好ましいが、厚さ寸法の下限値は特になく、工業的には例えば1(μm)程度が下限値である。第1層がこの程度の厚さ寸法であっても、十分な還元耐久性を得ることができる。   Preferably, the thickness dimension of the first layer is 0.2 (mm) or less. In this way, since the first layer having a relatively low oxygen ion conductivity is sufficiently thin, a solid electrolyte membrane having a higher oxygen ion conductivity can be obtained. The first layer is sufficient if it protects from the reducing atmosphere by covering the second layer. For example, it is preferable to completely cover the first layer, but there is no particular lower limit of the thickness dimension, and industrially. For example, the lower limit is about 1 (μm). Even if the first layer has such a thickness, sufficient reduction durability can be obtained.

一方、第2層の膜厚は、高い酸素イオン伝導度を得るためには可及的に薄いことが好ましく、後述するように多孔質支持体上に固体電解質膜を形成する場合には、膜厚寸法の下限値は特にないが、緻密な膜を形成できる程度の厚さ寸法とすることが好ましい。一方、多孔質支持体を用いない自立膜の場合には、固体電解質膜全体が自立可能な厚さ寸法、例えば0.5(mm)程度以上の厚さ寸法になるように第2層の厚さ寸法を定めればよい。   On the other hand, the thickness of the second layer is preferably as thin as possible in order to obtain high oxygen ion conductivity. When a solid electrolyte membrane is formed on a porous support as described later, There is no particular lower limit value for the thickness dimension, but it is preferable that the thickness dimension is such that a dense film can be formed. On the other hand, in the case of a self-supporting membrane that does not use a porous support, the thickness of the second layer so that the entire solid electrolyte membrane can be self-supporting, for example, a thickness of about 0.5 (mm) or more. Can be determined.

また、固体電解質膜は、前記第1層および第2層が積層された2層構造に限られず、これらの何れとも組成が相違することにより還元膨張率が異なるものとされた他の層が、第1層から第2層に向かう積層方向において順次に還元膨張率が大きくなるように更にこれらに積層された、3層以上の構成としても良い。積層数が多くなるほど工程的には不利であるが、接している層相互の熱膨張率の差を小さくできるため、製造過程や使用中に温度変化に曝された場合にも破損し難くなる利点がある。   Further, the solid electrolyte membrane is not limited to the two-layer structure in which the first layer and the second layer are laminated, and any other layer having a different reduction expansion coefficient due to a difference in composition from any of these, It is good also as a structure of three or more layers further laminated | stacked so that the reductive expansion coefficient may become large sequentially in the lamination direction which goes to a 2nd layer from a 1st layer. As the number of layers increases, the process is disadvantageous, but the difference in coefficient of thermal expansion between the layers in contact with each other can be reduced, so that it is less likely to break even when exposed to temperature changes during the manufacturing process or use. There is.

また、好適には、前記第1層および第2層は、互いに同系統の材料から成るものである。このようにすれば、熱膨張係数等の相違が小さくなるので、製造過程や使用中の温度変化に起因する破損が生じ難い固体電解質膜が容易に得られる。すなわち、このような破損を抑制するためには、第1層および第2層をそれぞれ構成する固体電解質の熱膨張係数の差が可及的に小さいことが望ましい。そのため、このような条件を満足するのであれば、構成材料は特に限定されないが、同系統の材料とすることが好ましいのである。なお、同系統の材料としては、例えば、構成元素が同一でその割合のみが相違するものや、一つ或いは複数の構成元素の一部を他の元素で置換したもの等が挙げられる。また、3層以上の積層構造にされる場合にも、全てが同系統の材料で構成されることが好ましいが、熱膨張係数の相違を十分に小さくできるのであれば、同系統の材料で無くとも差し支えない。   Preferably, the first layer and the second layer are made of the same material. In this way, differences in thermal expansion coefficient and the like are reduced, so that a solid electrolyte membrane that is less prone to breakage due to temperature changes during the manufacturing process or in use can be easily obtained. That is, in order to suppress such damage, it is desirable that the difference in thermal expansion coefficient between the solid electrolytes constituting the first layer and the second layer is as small as possible. Therefore, as long as these conditions are satisfied, the constituent material is not particularly limited, but it is preferable to use the same material. Examples of the material of the same family include materials having the same constituent elements but differing only in their proportions, and materials obtained by substituting one or more constituent elements with other elements. In addition, even in the case of a laminated structure of three or more layers, it is preferable that all are made of the same material, but if the difference in thermal expansion coefficient can be sufficiently reduced, it is not the same material. There is no problem.

なお、本発明の第1層および第2層を構成し得る固体電解質のうちペロブスカイト化合物は、前記一般式 1 、C 2 に明示した元素の他に、In,V,Sn,Ce,Sc,Y等の他の元素が特性に実質的に影響を与えない程度の範囲で含まれていても差し支えない。また、第1層および第2層には、ペロブスカイト化合物およびセリウム酸化物の他に、製造上排除することが困難な微量のAl2O3、SiO2、MgO、ZrO2等を含み得る。これらは微量が含まれていても特性に著しい影響を与えることはないが、何れもイオン伝導の抵抗になることから含有量は可及的に少ないことが望ましい。 Of the solid electrolytes that can constitute the first layer and the second layer of the present invention, perovskite compounds include In, V, Sn, Ce, Sc, in addition to the elements specified in the general formulas C 1 and C 2 . Other elements such as Y may be contained within a range that does not substantially affect the characteristics. Further, the first and second layers, in addition to the perovskite compound and cerium oxide, Al 2 O 3, SiO 2, MgO difficult trace be eliminated manufacturing may include ZrO 2 and the like. Even if they are contained in a trace amount, they do not significantly affect the characteristics, but since any of them becomes resistance of ionic conduction, the content is desirably as small as possible.

また、好適には、本発明の固体電解質膜は、多孔質支持体上にその一面全体を覆って備えられる。この多孔質支持体は、固体電解質膜の一面側および他面側の何れに位置させられても良い。このように多孔質支持体上に固体電解質膜が固定された固体電解質膜エレメントに構成すれば、ガス拡散係数の十分に高い多孔質支持体は、その内部を気体が容易に通過させられるので、適当な厚さ寸法に構成することにより、酸素イオン伝導度に影響を与えることなく固体電解質膜エレメントの機械的強度を高め得る。しかも、固体電解質膜エレメントの機械的強度が多孔質支持体で確保されることから、固体電解質膜の厚さ寸法を酸素イオン伝導度が膜厚で律速されない程度まで薄くすることが可能となるため、その表面積を増大させることによる透過速度向上効果が一層顕著に得られる。なお、このような多孔質支持体が備えられる場合において、更に解離触媒層または再結合触媒層が設けられる場合には、一方が固体電解質膜の表面に、他方が固体電解質膜と多孔質支持体との間にそれぞれ設けられてもよいが、その他方は、多孔質支持体の表面に、好適にはこれに浸透させられた状態で設けられても良い。   Preferably, the solid electrolyte membrane of the present invention is provided on the porous support so as to cover the entire surface thereof. This porous support may be located on either one side or the other side of the solid electrolyte membrane. By configuring the solid electrolyte membrane element in which the solid electrolyte membrane is fixed on the porous support in this way, the porous support having a sufficiently high gas diffusion coefficient allows gas to easily pass through the inside. By configuring to an appropriate thickness dimension, the mechanical strength of the solid electrolyte membrane element can be increased without affecting the oxygen ion conductivity. In addition, since the mechanical strength of the solid electrolyte membrane element is ensured by the porous support, the thickness dimension of the solid electrolyte membrane can be reduced to such an extent that the oxygen ion conductivity is not limited by the film thickness. Further, the effect of improving the permeation speed by increasing the surface area can be obtained more remarkably. In the case where such a porous support is provided, when a dissociation catalyst layer or a recombination catalyst layer is further provided, one is on the surface of the solid electrolyte membrane, and the other is the solid electrolyte membrane and the porous support. The other side may be provided on the surface of the porous support, preferably in a state of being permeated therewith.

なお、上記態様において「一面全体を覆って」とは、固体電解質膜エレメントの使用時において、多孔質支持体の一面が固体電解質膜のその多孔質支持体とは反対側に位置する面と同一空間内に曝されないことを意味するものである。例えば、非使用状態において固体電解質膜が設けられた多孔質支持体の一面が部分的に露出させられていても、その部分が使用時に装置等によって覆われるものであれば、そのような態様も上記「一面全体を覆って」に含まれる。   In the above aspect, “covering the entire surface” means that, when the solid electrolyte membrane element is used, one surface of the porous support is the same as the surface of the solid electrolyte membrane located on the opposite side of the porous support. It means not being exposed to space. For example, even if one surface of a porous support provided with a solid electrolyte membrane in a non-use state is partially exposed, such a mode can be used as long as the portion is covered by an apparatus or the like during use. It is included in the above “covering the entire surface”.

また、好適には、前記固体電解質膜および前記多孔質支持体は、同材料から成るものである。このようにすれば、両者の熱膨張係数が一致することから、製造工程や使用時に加熱或いは冷却された場合にも、熱膨張量の相違に起因して破損することが好適に抑制される。   Preferably, the solid electrolyte membrane and the porous support are made of the same material. In this way, since the thermal expansion coefficients of the two coincide with each other, even when heated or cooled during the manufacturing process or in use, damage due to the difference in thermal expansion amount is suitably suppressed.

また、好適には、前記固体電解質膜および前記多孔質支持体は、相互に異なる組成の材料から成るものである。固体電解質膜エレメント全体の強度は支持体によって確保する必要があることから、支持体と固体電解質膜とは求められる特性が相違するため、例えば要求される強度が比較的高い場合には、固体電解質膜と支持体とを相互に異なる材料で構成することが望ましい。このような支持体構成材料としては、例えば、ジルコニア、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等が好適である。   Preferably, the solid electrolyte membrane and the porous support are made of materials having different compositions. Since the strength of the entire solid electrolyte membrane element needs to be ensured by the support, the required properties of the support and the solid electrolyte membrane are different. For example, when the required strength is relatively high, the solid electrolyte It is desirable that the membrane and the support are made of different materials. As such a support constituent material, for example, zirconia, alumina, silicon nitride, silicon carbide and the like are suitable.

また、好適には、前記多孔質支持体は、平均細孔径rが0.1<r<20(μm)の範囲内、気孔率pが5<p<80(%)の範囲内である。酸素イオン伝導度の低下を抑制し且つ固体電解質膜エレメントの強度を可及的に高めるためには、この範囲内が好ましい。細孔径および気孔径が小さくなり過ぎると、多孔質支持体のガス透過抵抗が大きくなることから、固体電解質膜を薄くしてもこの多孔質支持体が律速因子になるため、酸素イオン伝導度が著しく低下する。一方、細孔径および気孔径が大きくなり過ぎると、機械的強度が低下して支持体としての機能が失われる。   Preferably, the porous support has an average pore diameter r in the range of 0.1 <r <20 (μm) and a porosity p in the range of 5 <p <80 (%). This range is preferable in order to suppress the decrease in oxygen ion conductivity and increase the strength of the solid electrolyte membrane element as much as possible. If the pore diameter and the pore diameter are too small, the gas permeation resistance of the porous support increases, so even if the solid electrolyte membrane is made thin, the porous support becomes a rate-limiting factor, so that the oxygen ion conductivity is reduced. It drops significantly. On the other hand, if the pore diameter and the pore diameter are too large, the mechanical strength is lowered and the function as a support is lost.

また、前記固体電解質膜の全体の形状は特に限定されない。例えば、全体が平坦な板状を成すものであってもよく、一端が閉じた筒状であってもよい。   Further, the overall shape of the solid electrolyte membrane is not particularly limited. For example, the whole may form a flat plate shape, or a cylindrical shape with one end closed.

また、本発明の固体電解質膜は、例えば、前記第1の固体電解質材料粉末および前記第2の固体電解質材料粉末にそれぞれ所定のバインダーを混合して所定粒径に造粒する工程と、造粒粉を所定形状にそれぞれ成形する工程と、成形体に所定温度の焼成処理を施して第1の固体電解質から成る膜と第2の固体電解質から成る膜とをそれぞれ得る工程と、それら2つの膜を重ね合わせて所定の焼成処理を施すことによって相互に接合する工程とを、含む工程によって製造される。上記成形工程と焼成工程との間には、必要に応じて、成形体を等方圧で加圧(例えば湿式静水圧加圧)する工程と、成形体を大気中で焼成温度よりも十分に低温で加熱することによって有機物を分解除去する工程とが実施される。また、焼成後には必要に応じて機械研磨工程が施される。   The solid electrolyte membrane of the present invention includes, for example, a step of mixing a predetermined binder with the first solid electrolyte material powder and the second solid electrolyte material powder, respectively, A step of forming the powder into a predetermined shape, a step of subjecting the formed body to a firing process at a predetermined temperature to obtain a film made of the first solid electrolyte and a film made of the second solid electrolyte, respectively, and the two films And a step of joining them together by applying a predetermined baking process. Between the molding step and the firing step, if necessary, the step of pressurizing the molded body at an isotropic pressure (for example, wet hydrostatic pressure), and the molded body in the air sufficiently more than the firing temperature And a step of decomposing and removing organic substances by heating at a low temperature. In addition, a mechanical polishing step is performed as necessary after firing.

また、上記所定の成形工程は、例えば、前記第1の固体電解質材料粉末を含む第1のスラリーおよび前記第2の固体電解質材料粉末を含む第2のスラリー中にセラミック焼結体から成る所定の多孔質支持体を順次に浸漬して、その多孔質支持体の表面にそれら第1のスラリーおよび第2のスラリーを塗布するものである。このようにすれば、その多孔質支持体に塗布されたスラリーを焼成することにより、多孔質支持体上にその塗布厚みに応じた膜厚で形成された第1層および第2層から成る組成傾斜型固体電解質膜が固着された固体電解質膜エレメントが得られる。   In addition, the predetermined forming step includes, for example, a predetermined slurry made of a ceramic sintered body in a first slurry containing the first solid electrolyte material powder and a second slurry containing the second solid electrolyte material powder. The porous support is dipped in sequence, and the first slurry and the second slurry are applied to the surface of the porous support. In this way, the composition which consists of the 1st layer and 2nd layer which were formed by the film thickness according to the coating thickness on the porous support body by baking the slurry apply | coated to the porous support body A solid electrolyte membrane element to which the inclined solid electrolyte membrane is fixed is obtained.

また、本発明の固体電解質膜は、例えば、第1の固体電解質材料粉末および第2の固体電解質材料粉末を含むスラリーを用いてグリーンシートを成形する工程と、それらグリーンシートを重ね合わせて同時に焼成処理を施す工程とを、含む工程によって製造することもできる。   In addition, the solid electrolyte membrane of the present invention includes, for example, a step of forming a green sheet using a slurry containing the first solid electrolyte material powder and the second solid electrolyte material powder, and the green sheets are stacked and fired simultaneously. It can also be manufactured by a process including a process of applying a treatment.

また、多孔質支持体上に固体電解質膜を製膜する場合には、上記のようなスラリーをディップコートする工程と、これに焼成処理を施す工程とを、含む工程によって製造することもできる。更に、その多孔質支持体上にスパッタリングや溶射等によって第1層および第2層すなわち組成傾斜型固体電解質膜を形成してもよい。   Moreover, when forming a solid electrolyte membrane on a porous support body, it can also manufacture by the process of including the process of dip-coating the above slurry, and the process of baking this. Further, the first layer and the second layer, that is, the composition gradient type solid electrolyte membrane may be formed on the porous support by sputtering, spraying, or the like.

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the drawings are appropriately simplified or modified, and the dimensional ratios, shapes, and the like of the respective parts are not necessarily drawn accurately.

図1は、本発明の一実施例の固体電解質膜10の構成を説明するための断面構造を模式的に示す図である。固体電解質膜10は、20(mm)程度の直径を備えて全体が0.5(mm)程度の厚さ寸法の薄板円板状を成すものであり、第1層12,第2層14,および第3層16が積層された積層体に構成されている。これら3層の外周端面はガラス等から成るシール部材18で気密にシールされている。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure for explaining the configuration of a solid electrolyte membrane 10 according to an embodiment of the present invention. The solid electrolyte membrane 10 has a thin disk shape having a diameter of about 20 (mm) and a thickness of about 0.5 (mm) as a whole, and includes a first layer 12, a second layer 14, and a first layer. It is configured as a laminate in which three layers 16 are laminated. The outer peripheral end faces of these three layers are hermetically sealed with a sealing member 18 made of glass or the like.

上記の第1層12〜第3層16は、何れも、非電子伝導性の固体電解質材料で構成された緻密な膜である。各層を構成する個体電解質材料は、相互に相違する。すなわち、固体電解質膜10は、厚み方向において組成の異なる膜が積層された組成傾斜膜である。   Each of the first layer 12 to the third layer 16 is a dense film made of a non-electron conductive solid electrolyte material. The solid electrolyte materials constituting each layer are different from each other. That is, the solid electrolyte membrane 10 is a composition gradient film in which films having different compositions in the thickness direction are stacked.

上記の第1層12は、La0.9Sr0.1Ga0.2Mg0.8OxやLa0.9Sr0.1Ga0.5Mg0.5Ox(但し、x=2.4〜3程度。ペロブスカイト化合物において、以下、同じ。)等から成るもので、例えば、0.1〜0.2(mm)程度の厚さ寸法を備えている。また、第2層14は、La0.9Sr0.1Ga0.5Mg0.5OxやLa0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox等から成るもので、例えば、0.1〜0.2(mm)程度の厚さ寸法を備えている。また、第3層16は、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2OxやLa0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.1Co0.1Ox等から成るもので、例えば、0.2〜0.3(mm)程度の厚さ寸法を備えている。 The first layer 12 is made of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.2 Mg 0.8 O x or La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.5 Mg 0.5 O x (where x = about 2.4 to 3. In the perovskite compound, the same applies hereinafter ) . For example, it has a thickness dimension of about 0.1 to 0.2 (mm). The second layer 14 is made of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.5 Mg 0.5 O x , La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O x or the like, and has a thickness dimension of about 0.1 to 0.2 (mm), for example. ing. The third layer 16 is made of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O x , La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.1 Co 0.1 O x or the like, and has a thickness dimension of about 0.2 to 0.3 (mm), for example. It has.

また、上記の第1層12を構成する固体電解質(すなわち第1の固体電解質)は、例えば0.01(%)以下の極めて小さい還元膨張率と、0.04(S/cm)以下の低い酸素イオン伝導率(厚さ寸法が0.5(mm)のときの値。以下、特に断らない限り同じ。)とを有している。また、第2層14を構成する固体電解質(すなわち、第2の固体電解質)は、0.05(%)以下の還元膨張率と、0.10(S/cm)程度の酸素イオン伝導率とを有している。また、第3層16を構成する固体電解質(すなわち、第3の固体電解質)は、0.05〜0.09(%)程度のやや大きい還元膨張率と、0.10〜0.25(S/cm)程度の高い酸素イオン伝導率とを有している。   In addition, the solid electrolyte constituting the first layer 12 (that is, the first solid electrolyte) is, for example, an extremely small reduction expansion coefficient of 0.01 (%) or less and a low oxygen ion conductivity of 0.04 (S / cm) or less. (The value when the thickness dimension is 0.5 mm. Hereinafter, the same unless otherwise specified). The solid electrolyte (that is, the second solid electrolyte) constituting the second layer 14 has a reduction expansion coefficient of 0.05 (%) or less and an oxygen ion conductivity of about 0.10 (S / cm). Yes. Further, the solid electrolyte (that is, the third solid electrolyte) constituting the third layer 16 has a slightly large reduction expansion coefficient of about 0.05 to 0.09 (%) and a high oxygen ion of about 0.10 to 0.25 (S / cm). Conductivity.

そのため、固体電解質膜10は、第1層12から第3層16に向かうに従って還元膨張率が大きくなると共に、酸素イオン伝導率が高くなる層構造を備えている。しかしながら、酸素イオン伝導率の低い固体電解質から成る第1層12は、0.1〜0.2(mm)程度の薄い膜であり、酸素イオン伝導度は膜厚に反比例するため、その第1層12における酸素イオン伝導率は十分に高くなる。同様に、第2層14も0.1〜0.2(mm)程度の薄い膜であるため、この第2層14における酸素イオン伝導率も十分に高くなる。そのため、固体電解質膜10全体の酸素イオン伝導度は、それら第1層12および第2層14のみで構成される固体電解質膜に比較して十分に高い値である。   Therefore, the solid electrolyte membrane 10 has a layer structure in which the reduction expansion coefficient increases and the oxygen ion conductivity increases as it goes from the first layer 12 to the third layer 16. However, the first layer 12 made of a solid electrolyte having a low oxygen ion conductivity is a thin film of about 0.1 to 0.2 (mm), and the oxygen ion conductivity is inversely proportional to the film thickness. The ionic conductivity is sufficiently high. Similarly, since the second layer 14 is also a thin film of about 0.1 to 0.2 (mm), the oxygen ion conductivity in the second layer 14 is sufficiently high. Therefore, the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte membrane 10 as a whole is a sufficiently high value as compared with the solid electrolyte membrane composed of only the first layer 12 and the second layer 14.

以上のように構成される固体電解質膜10は、一面20および他面22上に電極層すなわち燃料極層24および空気極層26をそれぞれ設けて、還元膨張率の小さい第1層12を還元側すなわち燃料(すなわち水素)供給側に位置させ、その反対側に位置する第3層16を酸化側すなわち空気供給側に位置させて用いられる。そのため、還元膨張率の大きい第2層14や第3層16が、その第1層12によって還元雰囲気から保護されるため、固体電解質膜10等の還元耐久性が高められる。   In the solid electrolyte membrane 10 configured as described above, the electrode layer, that is, the fuel electrode layer 24 and the air electrode layer 26 are provided on the one surface 20 and the other surface 22, respectively, and the first layer 12 having a small reduction expansion coefficient is provided on the reduction side. In other words, the third layer 16 positioned on the fuel (that is, hydrogen) supply side and positioned on the opposite side is positioned on the oxidation side, that is, the air supply side. Therefore, since the second layer 14 and the third layer 16 having a large reduction expansion coefficient are protected from the reducing atmosphere by the first layer 12, the reduction durability of the solid electrolyte membrane 10 and the like is improved.

なお、燃料極層24および空気極層26は、固体電解質膜10から電子を取り出すためのものであるが、酸化側に設けられる空気極層26は、他面22における酸素の解離およびイオン化を促進するために設けられたものであり、例えばLa0.6Sr0.4CoO3から成る多孔質層が10(μm)程度の一様な厚さ寸法を以て他面22の略全面に形成される。 The fuel electrode layer 24 and the air electrode layer 26 are for taking out electrons from the solid electrolyte membrane 10, but the air electrode layer 26 provided on the oxidation side promotes dissociation and ionization of oxygen on the other surface 22. For example, a porous layer made of La 0.6 Sr 0.4 CoO 3 is formed on substantially the entire other surface 22 with a uniform thickness of about 10 (μm).

また、還元側に設けられる燃料極層24は、一面20における酸素イオンの再結合を促進するために設けられたものであり、例えばNiOから成る多孔質層が100(μm)程度の一様な厚さ寸法を以てその一面20の略全面に形成される。   Further, the fuel electrode layer 24 provided on the reduction side is provided to promote recombination of oxygen ions on the one surface 20, and a porous layer made of, for example, NiO has a uniform thickness of about 100 (μm). It is formed on substantially the entire surface 20 with a thickness dimension.

図2に層構成を模式的に示す固体電解質膜30は、相対的に還元膨張率が小さく酸素イオン伝導率が低い第1の固体電解質から成る第1層32に、相対的に還元膨張率が大きく酸素イオン伝導率が高い第2の固体電解質から成る第2層34を積層した、2層構造の組成傾斜型固体電解質膜である。前記図1に示す固体電解質膜10は3層構造に構成されているが、本発明は、このような2層構造のものにも、固体電解質膜10の一面20または他面22に他の層を積層した4層以上の構造のものにも適用し得る。   The solid electrolyte membrane 30 schematically showing the layer structure in FIG. 2 has a relatively low reductive expansion coefficient on the first layer 32 made of the first solid electrolyte having a relatively low reductive expansion coefficient and a low oxygen ion conductivity. It is a composition gradient type solid electrolyte membrane having a two-layer structure in which a second layer 34 made of a second solid electrolyte having a large oxygen ion conductivity is stacked. Although the solid electrolyte membrane 10 shown in FIG. 1 has a three-layer structure, the present invention can be applied to other layers on the one surface 20 or the other surface 22 of such a two-layer structure. It can also be applied to a structure having four or more layers laminated.

なお、2層構造の場合には、第1層32は、La0.9Sr0.1Ga0.2Mg0.8Ox、La0.9Sr0.1Ga0.5Mg0.5Ox等のペロブスカイト化合物から成るもので、例えば、0.05〜0.2(mm)程度の厚さ寸法を備えている。また、第2層34は、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.1Co0.1Ox、SmCeOx、GdCeOx等から成るもので、例えば、0.3〜0.45(mm)程度の厚さ寸法を備えている。この場合、固体電解質膜30全体の膜厚は、例えば0.5(mm)程度である。 In the case of two-layer structure, the first layer 32, be comprised La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.2 Mg 0.8 O x, perovskite compounds such as La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.5 Mg 0.5 O x or al, for example, It has a thickness of about 0.05 to 0.2 (mm). The second layer 34 is made of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O x , La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.1 Co 0.1 O x , SmCeO x , GdCeO x or the like, for example, 0.3 to 0.45 (mm ) About thickness dimension. In this case, the entire thickness of the solid electrolyte membrane 30 is, for example, about 0.5 (mm).

また、上記のように2層構造とされる場合では、第1層32を構成する固体電解質は、0.02(%)以下の極めて小さい還元膨張率と、0.01〜0.04(S/cm)程度の低い酸素イオン伝導率とを有している。また、第2層34を構成する固体電解質は、0.05〜0.11(%)程度の大きい還元膨張率と、0.10〜0.25(S/cm)程度の高い酸素イオン伝導率とを有している。この構成でも、第1層32は酸素イオン伝導率の低い固体電解質で構成されているが、膜厚が薄いため、この第1層32における酸素イオン伝導度が十分に高くなる。そのため、2層構造の場合にも、3層構造の場合と同様に、固体電解質膜30の酸素イオン伝導度は、第1層32のみで構成した場合よりも十分に高い値である。   In the case of the two-layer structure as described above, the solid electrolyte constituting the first layer 32 has a very small reduction expansion coefficient of 0.02 (%) or less and a low value of about 0.01 to 0.04 (S / cm). Oxygen ion conductivity. The solid electrolyte constituting the second layer 34 has a large reduction expansion coefficient of about 0.05 to 0.11 (%) and a high oxygen ion conductivity of about 0.10 to 0.25 (S / cm). Even in this configuration, the first layer 32 is made of a solid electrolyte having a low oxygen ion conductivity. However, since the film thickness is thin, the oxygen ion conductivity in the first layer 32 is sufficiently high. For this reason, in the case of the two-layer structure, as in the case of the three-layer structure, the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte membrane 30 is sufficiently higher than that in the case where the solid electrolyte membrane 30 is configured by only the first layer 32.

また、このような2層構造の固体電解質膜30も、還元膨張率の小さい第1層32を還元側に、還元膨張率の大きい第2層34を酸化側に位置させて用いられ、その第1層32によって第2層34が還元雰囲気から保護されることによって、固体電解質膜30の還元耐久性が高められる。上記の図2に示す太線は、雰囲気中および膜内における酸素分圧P1〜P3(すなわち酸素分圧勾配)を模式的に表したものである。なお、図中に示した白抜きの矢印は、固体電解質膜30内における酸素イオンの動きを表している。酸素がイオン化して空気側から還元側に向かって移動すると、固体電解質膜30内には、その移動速度に応じた酸素分圧の勾配が形成される。酸素イオン伝導率が低い第1層32内では、その勾配が著しく大きくなる。そのため、図2に示されるように、酸素分圧は第1層32内を還元側雰囲気から第2層34に向かうに従って急激に高められるので、界面36における酸素分圧P2は、例えば還元側の酸素分圧P1の1010倍以上に大きくなる。そのため、第2層34が還元膨張率の大きい固体電解質で構成されていても、これに負荷される還元力は還元側の1/1010以下になるため、その還元膨張延いては破損が好適に抑制されるのである。 The solid electrolyte membrane 30 having such a two-layer structure is also used with the first layer 32 having a small reduction expansion coefficient positioned on the reduction side and the second layer 34 having a large reduction expansion coefficient positioned on the oxidation side. By protecting the second layer 34 from the reducing atmosphere by the first layer 32, the reduction durability of the solid electrolyte membrane 30 is enhanced. The thick lines shown in FIG. 2 schematically represent oxygen partial pressures P 1 to P 3 (that is, oxygen partial pressure gradients) in the atmosphere and in the film. In addition, the white arrow shown in the figure represents the movement of oxygen ions in the solid electrolyte membrane 30. When oxygen is ionized and moves from the air side toward the reduction side, a gradient of oxygen partial pressure corresponding to the moving speed is formed in the solid electrolyte membrane 30. In the first layer 32 having a low oxygen ion conductivity, the gradient becomes remarkably large. Therefore, as shown in FIG. 2, since the oxygen partial pressure is rapidly increased in the first layer 32 from the reducing side atmosphere toward the second layer 34, the oxygen partial pressure P 2 at the interface 36 is, for example, reduced side. oxygen partial becomes larger than 10 10 times the pressure P 1 of the. Therefore, even if the second layer 34 is made of a solid electrolyte having a large reduction expansion coefficient, the reduction force applied to the second layer 34 is 1/10 10 or less on the reduction side. Is suppressed.

したがって、第2層34を還元雰囲気に曝さないように完全に覆うのであれば、第1層32の厚さ寸法は極めて薄くとも差し支えない。すなわち、第1層32の膜厚の下限値は実質的に無いものといえるが、緻密膜で形成することができる膜厚は、工業的には1(μm)程度が限界であり、これが事実上の下限値である。   Therefore, if the second layer 34 is completely covered so as not to be exposed to the reducing atmosphere, the thickness dimension of the first layer 32 may be extremely thin. That is, it can be said that the lower limit of the film thickness of the first layer 32 is substantially absent, but the film thickness that can be formed by a dense film is industrially limited to about 1 (μm). Upper lower limit.

なお、3層構造の固体電解質膜10の場合にも、第2層14および第3層16を還元雰囲気から保護する作用は上述した2層構造の場合と同様である。すなわち、第1層12を0.1(mm)程度の膜厚で設けるだけで、第1層12と第2層14との界面、第2層14と第3層16との界面における酸素分圧がそれぞれ著しく低下させられる。   In the case of the solid electrolyte membrane 10 having the three-layer structure, the action of protecting the second layer 14 and the third layer 16 from the reducing atmosphere is the same as that of the above-described two-layer structure. That is, the oxygen partial pressure at the interface between the first layer 12 and the second layer 14 and at the interface between the second layer 14 and the third layer 16 can be obtained only by providing the first layer 12 with a film thickness of about 0.1 (mm). Each is significantly reduced.

上述したように、本実施例の固体電解質膜10,30によれば、La0.9Sr0.1Ga0.2Mg0.8Ox等の還元膨張率が小さい固体電解質から成る第1層12,32にLa0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox等の固体電解質から成る第2層14,34が積層された積層構造に構成される。そのため、固体電解質膜10,30は、還元膨張率が小さく且つ酸素イオン伝導率の低い第1層12,32に、還元膨張率が大きく且つ酸素イオン伝導率の高い第2層14,34が積層された組成傾斜型になる。したがって、前述したように第1層12,32を還元側に配置すれば、第2層14,34が還元雰囲気から保護され、延いては固体電解質膜全体の還元耐久性を十分に高めることができる。また、第1層12,32は十分に薄いので、これを構成する固体電解質の酸素イオン伝導率が低くとも、固体電解質膜全体の高い酸素イオン伝導度を得ることができる。上記により、要求される還元耐久性と所望する酸素イオン伝導度とを比較考量して、第1層12,32および第2層14,34の膜厚や、それらを構成する固体電解質の組成を定めることによって、酸素イオン伝導度が高く且つ還元耐久性に優れた固体電解質膜10,30が得られる。 As described above, according to the solid electrolyte membrane 10, 30 of this embodiment, La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.2 Mg 0.8 O reduction expansion coefficients, such as x in the first layer 12, 32 is composed of small solid electrolyte La 0.9 Sr The second layer 14, 34 made of a solid electrolyte such as 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O x is formed in a laminated structure. Therefore, in the solid electrolyte membranes 10 and 30, the second layers 14 and 34 having a large reduction expansion coefficient and a high oxygen ion conductivity are stacked on the first layers 12 and 32 having a low reduction expansion coefficient and a low oxygen ion conductivity. The composition gradient type. Therefore, if the first layers 12 and 32 are arranged on the reducing side as described above, the second layers 14 and 34 are protected from the reducing atmosphere, and as a result, the reduction durability of the entire solid electrolyte membrane can be sufficiently enhanced. it can. Further, since the first layers 12 and 32 are sufficiently thin, even if the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte constituting the first layers 12 and 32 is low, high oxygen ion conductivity of the entire solid electrolyte membrane can be obtained. Based on the above, the required reduction durability and the desired oxygen ion conductivity are weighed and the film thicknesses of the first layers 12 and 32 and the second layers 14 and 34 and the composition of the solid electrolyte constituting them are determined. By defining, solid electrolyte membranes 10 and 30 having high oxygen ion conductivity and excellent reduction durability can be obtained.

図3は、上記の固体電解質膜10の製造方法を説明するための工程図である。造粒工程P1では、例えば市販の平均粒径が1(μm)程度のLaGaOx系粉末やCeO2系粉末に、水、有機バインダー等の成形助剤、および分散剤を混合してスラリーを作成し、例えばスプレー・ドライヤーを用いて60(μm)程度の平均粒径の原料粉末を噴霧造粒する。次いで、加圧成形工程P2では、造粒した原料粉末を例えば100(MPa)程度の適当な圧力でプレス成形して、例えば直径が30(mm)程度で、厚さ寸法が3(mm)程度の円板状の成形体を得る。なお、上記成形体寸法は前記寸法の第1層12等が得られるように焼成収縮や研磨代を考慮して定めた値である。また、必要に応じ、静水圧加圧成形(すなわちCIP)により150(MPa)程度の加圧処理を施すことができる。 FIG. 3 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the solid electrolyte membrane 10 described above. In the granulation step P1, for example, a commercially available LaGaO x powder or CeO 2 powder having an average particle diameter of about 1 (μm) is mixed with a molding aid such as water, an organic binder, and a dispersant to create a slurry. Then, for example, a raw material powder having an average particle diameter of about 60 (μm) is spray-granulated using a spray drier. Next, in the pressure forming step P2, the granulated raw material powder is press-molded at an appropriate pressure of, for example, about 100 (MPa), and has a diameter of, for example, about 30 (mm) and a thickness of about 3 (mm). A disk-shaped molded body is obtained. In addition, the said molded object dimension is the value determined in consideration of baking shrinkage and grinding | polishing allowance so that the 1st layer 12 grade | etc., Of the said dimension may be obtained. Further, if necessary, a pressure treatment of about 150 (MPa) can be performed by hydrostatic pressure molding (that is, CIP).

次いで、焼成工程P3では、上記の成形体を例えば大気中において200〜500(℃)程度の温度で10時間程度保持して有機物を分解除去した後、更に大気中において1300〜1600(℃)程度の温度で3時間程度保持することにより、この成形体を焼成する。厚み研磨工程P4においては、このようにして得られた緻密な焼結体に平面研削盤等を用いて機械研磨加工を施し、例えば0.05〜0.5(mm)程度の予め定められた厚さ寸法の薄膜体に加工する。   Next, in the firing step P3, for example, after holding the molded body in the atmosphere at a temperature of about 200 to 500 (° C.) for about 10 hours to decompose and remove organic substances, further in the atmosphere about 1300 to 1600 (° C.). The molded body is fired by holding at this temperature for about 3 hours. In the thickness polishing step P4, the dense sintered body thus obtained is subjected to mechanical polishing using a surface grinder or the like, and has a predetermined thickness dimension of about 0.05 to 0.5 (mm), for example. Process into a thin film.

次いで、積層・接合工程P5では、作成した組成の相互に異なる2〜3枚の薄膜体を重ね合わせ、大気中において1300〜1600(℃)で焼成処理を施す。これにより、それら重ね合わせた複数の薄膜体が相互に接合され、組成の相互に異なる複数の層が厚み方向に積層された組成傾斜膜すなわち固体電解質膜10,30が得られる。   Next, in the lamination / bonding step P5, two to three thin film bodies having different compositions are overlapped and fired at 1300 to 1600 (° C.) in the atmosphere. As a result, a plurality of the laminated thin film bodies are bonded to each other, and a composition gradient film, that is, the solid electrolyte membranes 10 and 30 in which a plurality of layers having different compositions are laminated in the thickness direction is obtained.

このような固体電解質膜10,30は、その両面20,22に前記のように電極層を設けて用いられる。電極層形成工程P6では、例えば平均粒径が2(μm)程度の市販のLa0.6Sr0.4CoO3粉末を有機溶剤と混合してスラリーを調製し、これを一面20に塗布して空気極材料を印刷形成すると共に、例えば平均粒径が7(μm)程度の市販のNiO粉末を有機溶剤と混合してスラリーを調製し、これを他面22に塗布して燃料極材料を印刷担持する。そして、焼き付け工程P7において、例えば1000(℃)程度の温度で1時間程度の時間保持して、一面20および他面22に電極層をそれぞれ焼き付けることにより、前記の固体電解質膜10,30が得られる。 Such solid electrolyte membranes 10 and 30 are used by providing electrode layers on both surfaces 20 and 22 as described above. In the electrode layer forming step P6, for example, a commercially available La 0.6 Sr 0.4 CoO 3 powder having an average particle size of about 2 (μm) is mixed with an organic solvent to prepare a slurry, and this is applied to one side 20 to apply air electrode material. In addition, for example, a commercially available NiO powder having an average particle size of about 7 (μm) is mixed with an organic solvent to prepare a slurry, which is applied to the other surface 22 to print and carry the fuel electrode material. Then, in the baking step P7, for example, the solid electrolyte membranes 10 and 30 are obtained by holding the electrode layers on the one surface 20 and the other surface 22 respectively by holding for about 1 hour at a temperature of about 1000 (° C.). It is done.

以下、本発明の更に具体的な実施例を説明する。下記の表2は、前記の固体電解質膜10,30を構成する第1層12〜第3層16、第1層32、第2層34の組成例と、それぞれの還元膨張率および酸素イオン伝導率をまとめたものである。なお、表2において、CeO 2 および8YSZは本発明の範囲外であるが、参考までに特性を示した。また、表2の「組成名」欄には、各組成の固体電解質を意味するものとして後述する表3、4において用いた略称を示した。まず、各層を構成するこれら8種類の固体電解質の特性について説明する。 Hereinafter, more specific examples of the present invention will be described. Table 2 below shows composition examples of the first layer 12 to the third layer 16, the first layer 32, and the second layer 34 constituting the solid electrolyte membranes 10, 30, their respective reduction expansion coefficients and oxygen ion conduction. The rate is summarized. In Table 2, CeO 2 and 8YSZ are outside the scope of the present invention, but the characteristics are shown for reference. In the “Composition Name” column of Table 2, the abbreviations used in Tables 3 and 4 to be described later are shown as meaning the solid electrolyte of each composition. First, the characteristics of these eight types of solid electrolytes constituting each layer will be described.

Figure 0004933757
Figure 0004933757

上記の表2において、還元膨張率は、大気中とH25%+N295%雰囲気中とで熱膨張率をそれぞれ測定し、前記(1)式に従って算出した。また、酸素イオン伝導率は、上記の各組成から成る0.5(mm)厚の固体電解質薄板を前記図3に示される工程に従って製造し、その薄板の両面に燃料極層および空気極層をそれぞれ設け、任意の酸素分圧および温度に調整可能な装置内でその試料の抵抗値を測定することによって求めた。 In Table 2 above, the reduction expansion coefficient was calculated according to the above equation (1) after measuring the thermal expansion coefficient in the atmosphere and in an atmosphere of 5% H 2 + 95% N 2 . The oxygen ion conductivity is determined by manufacturing a 0.5 mm thick solid electrolyte sheet having the above composition according to the process shown in FIG. 3, and providing a fuel electrode layer and an air electrode layer on both sides of the sheet. It was determined by measuring the resistance value of the sample in an apparatus adjustable to any oxygen partial pressure and temperature.

上記の表2に示されるように、固体電解質膜10の各層を構成する固体電解質は、何れも、還元膨張率が小さくなるほど酸素イオン伝導率が低下する関係にあるため、還元膨張率を小さくして還元耐久性を高めようとすると、十分な酸素イオン伝導度が得られなくなる。固体電解質膜10の一般的な用途では、還元割れを発生させないためには、還元膨張率が0.02(%)以下であることが好ましく、0.01(%)以下であることが一層望ましいが、そうすると、酸素イオン伝導率が0.04(S/cm)以下になる。そのため、従来のように固体電解質膜10を単層で構成し、単に組成を変更するだけでは、還元耐久性および酸素イオン伝導度を共に高くすることは不可能である。 As shown in Table 2 above, the solid electrolyte constituting each layer of the solid electrolyte membrane 10 has a relationship in which the oxygen ion conductivity decreases as the reduction expansion coefficient decreases. If the reduction durability is increased, sufficient oxygen ion conductivity cannot be obtained. In a general application of the solid electrolyte membrane 10, the reduction expansion coefficient is preferably 0.02 (%) or less and more preferably 0.01 (%) or less in order not to cause reduction cracking. The oxygen ion conductivity is 0.04 (S / cm) or less. Therefore, it is impossible to increase both the reduction durability and the oxygen ion conductivity by simply configuring the solid electrolyte membrane 10 as a single layer and simply changing the composition.

表3に示す実施例1〜6,9〜12,17〜20は、上記の表2に掲げた固体電解質で前記第1層12等を構成した2層または3層の積層構造(すなわち組成傾斜膜)の層構成例である。第3層の欄に「なし」と記したものは、2層構造を意味する。また、表3のうち実施例7,8,13〜16,21,22と、表4に示す比較例1〜5は、表2に掲げた固体電解質を用いた単層または本発明の範囲外の積層構造とした層構成例である。 Examples 1 to 6 , 9 to 12, and 17 to 20 shown in Table 3 are two-layer or three-layer laminated structures (that is, composition gradients) in which the first layer 12 and the like are formed of the solid electrolyte listed in Table 2 above. This is an example of a layer structure of a film. What is described as “none” in the column of the third layer means a two-layer structure. In Table 3, Examples 7, 8, 13 to 16, 21, 22 and Comparative Examples 1 to 5 shown in Table 4 are single layers using the solid electrolyte listed in Table 2 or out of the scope of the present invention. It is the example of a layer structure made into the laminated structure of.

Figure 0004933757
Figure 0004933757

Figure 0004933757
Figure 0004933757

実施例1,2,5〜7,11,12,17〜20は、第1層32を還元膨張率が0.01(%)以下と小さいLSGM3または0.01(%)と小さいLSGM2で、第2層34を還元膨張率が0.05(%)と大きいLSGM1、0.09(%)と大きいLSGMC、0.10(%)と大きいGdCeOx、または0.11(%)と大きいSmCeO x で、それぞれ構成することによって、第1層32から第2層34に向かうに従って還元膨張率が大きくなる傾斜組成としたものである。これらの構成例では、還元側に位置させる第1層32が還元割れの抑制に十分な0.02(%)以下の還元膨張率を有する一方、酸化側に位置させる第2層34が0.10(S/cm)以上の高い酸素イオン伝導率を有する。 Example 1,2,5~ 7,11,12,17~20 is the first layer 32 is reduced expansion 0.01% or lower as small LSGM3 or 0.01 (%) and small LSGM 2, second layer 34 is composed of LSGM1 having a large reduction expansion coefficient of 0.05 (%), 0.09 (%) and a large LSGMC, 0.10 (%) and a large GdCeO x , or 0.11 (%) and a large SmCeO x , respectively. The gradient composition has a reduction expansion coefficient that increases from the layer 32 toward the second layer 34. In these configuration examples, the first layer 32 positioned on the reduction side has a reduction expansion coefficient of 0.02 (%) or less sufficient for suppressing reduction cracking, while the second layer 34 positioned on the oxidation side is 0.10 (S / S cm) or higher oxygen ion conductivity.

また、実施例3,4,9,10は、第1層12を還元膨張率が0.01(%)以下と小さいLSGM3または0.01(%)と小さいLSGM2で、第2層14を還元膨張率が0.01(%)と小さいLSGM2または0.05(%)とやや大きいLSGM1で、第3層16を還元膨張率が0.05(%)とやや大きいLSGM1または0.09(%)と大きいLSGMCで、それぞれ構成することによって、第1層12から第3層16に向かうに従って還元膨張率が大きくなる傾斜組成としたものである。これらの構成例でも、還元側に位置させる第1層12が還元割れの抑制に十分な0.01(%)以下の還元膨張率を有する一方、酸化側に位置させる第3層16が0.10(S/cm)以上の高い酸素イオン伝導率を有する。また、これらの中間に位置する第2層14は、0.04(S/cm)以上の酸素イオン伝導率とされている。   In Examples 3, 4, 9, and 10, the first layer 12 is made of LSGM3 having a small reduction expansion coefficient of 0.01 (%) or less, or LSGM2 having a small reduction of 0.01 (%), and the second layer 14 has a reduction expansion coefficient of 0.01 (%). (%) And a small LSGM2 or 0.05 (%) and a slightly large LSGM1, and the third layer 16 is composed of a slightly large LSGM1 or 0.09 (%) and a large LSGMC, respectively. The gradient composition has a reduction expansion coefficient that increases from the first layer 12 toward the third layer 16. Also in these structural examples, the first layer 12 positioned on the reduction side has a reduction expansion coefficient of 0.01 (%) or less sufficient for suppressing reduction cracking, while the third layer 16 positioned on the oxidation side is 0.10 (S / cm) or higher oxygen ion conductivity. The second layer 14 located in the middle of these has an oxygen ion conductivity of 0.04 (S / cm) or more.

これに対して、比較例1〜4は、酸素イオン伝導率の高い第3層16、第2層34と同一材料で単層に構成したものである。また、比較例5は、0.05(%)の還元膨張率の材料で第1層32を構成したものである。   On the other hand, Comparative Examples 1-4 are comprised by the single material with the same material as the 3rd layer 16 and the 2nd layer 34 with high oxygen ion conductivity. In Comparative Example 5, the first layer 32 is made of a material having a reduction expansion coefficient of 0.05 (%).

上記の実施例1〜22の酸素イオン伝導率および還元耐久性を評価した結果を表5に、比較例1〜5の酸素イオン伝導率および還元耐久性を評価した結果を表6にそれぞれ示す。   Table 5 shows the results of evaluating the oxygen ion conductivity and reduction durability of Examples 1-22, and Table 6 shows the results of evaluating the oxygen ion conductivity and reduction durability of Comparative Examples 1-5.

Figure 0004933757
Figure 0004933757

Figure 0004933757
Figure 0004933757

なお、還元耐久性は、例えば、図4に示す反応器40を用いて評価した。反応器40は、両端を開放された例えばアルミナ等のセラミックスから成る円筒管42、44が、固体電解質膜10を挟んで上下に配置され、且つ、それらの内周側に例えばアルミナ等のセラミックスから成る気体導入管48,50が挿入されたものである。固体電解質膜10は、燃料極層が設けられている一面20が円筒管44側に位置し、空気極層が設けられている他面22が図4における上側すなわち円筒管42側に位置する向きで配置される。また、円筒管42,44の外周側にはヒータ56,56が配置されている。また、円筒管42,44と固体電解質膜10とは、例えばガラス系等の封着材58,58によって気密に封着されている。なお、気体導入管48,50は、それぞれ固体電解質膜10の表面から気体供給に必要な距離だけ離隔して配置されている。   The reduction durability was evaluated using, for example, the reactor 40 shown in FIG. In the reactor 40, cylindrical tubes 42 and 44 made of ceramics such as alumina, which are open at both ends, are arranged up and down with the solid electrolyte membrane 10 interposed therebetween, and are made of ceramics such as alumina on the inner peripheral side thereof. The gas introducing pipes 48 and 50 are inserted. The solid electrolyte membrane 10 has a direction in which one surface 20 provided with the fuel electrode layer is located on the cylindrical tube 44 side and the other surface 22 provided with the air electrode layer is located on the upper side in FIG. It is arranged with. In addition, heaters 56 and 56 are arranged on the outer peripheral side of the cylindrical tubes 42 and 44. The cylindrical tubes 42 and 44 and the solid electrolyte membrane 10 are hermetically sealed with sealing materials 58 and 58 such as glass. In addition, the gas introduction pipes 48 and 50 are respectively spaced apart from the surface of the solid electrolyte membrane 10 by a distance necessary for gas supply.

このような反応器40において、ヒータ56で装置内を1000(℃)程度の温度に加熱しつつ、気体導入管48から空気すなわち酸素を含む気体を円筒管42内に導入すると共に、燃料側すなわち気体導入管50から純水素ガス等を導入する。空気導入量は例えば10〜500(cc/min)程度であり、水素ガス導入量は例えば10〜200(cc/min)程度である。なお、測定に先立ち、例えばヒータ56によって円筒管44内を1000(℃)程度の温度に加熱しつつ、例えば水素10(%)とアルゴン90(%)との混合ガスを気体導入管50から円筒管44内に供給し、還元雰囲気下で加熱する。これにより、一面20に備えられている燃料極層すなわちニッケル酸化物が部分的に或いは完全に還元され、酸素再結合触媒機能が発揮されるようになる。   In such a reactor 40, while the inside of the apparatus is heated to a temperature of about 1000 (° C.) by the heater 56, air, that is, a gas containing oxygen, is introduced into the cylindrical tube 42 from the gas introduction tube 48, and the fuel side, Pure hydrogen gas or the like is introduced from the gas introduction pipe 50. The air introduction amount is, for example, about 10 to 500 (cc / min), and the hydrogen gas introduction amount is, for example, about 10 to 200 (cc / min). Prior to the measurement, for example, while the inside of the cylindrical tube 44 is heated to a temperature of about 1000 (° C.) by the heater 56, for example, a mixed gas of hydrogen 10 (%) and argon 90 (%) is supplied from the gas introduction tube 50 to the cylinder. It supplies in the pipe | tube 44 and heats in a reducing atmosphere. Thereby, the fuel electrode layer, that is, the nickel oxide provided on the one surface 20 is partially or completely reduced, and the oxygen recombination catalytic function is exhibited.

上記のように気体導入管48から導入された空気は、固体電解質膜10の表面および空気極層に接触しつつ、気体導入管48と円筒管42との間に形成された排気路60を通って図4に矢印で示されるように排気される。このとき、固体電解質膜10およびその他面22に設けられた空気極層の酸素解離作用およびイオン化作用により、空気中の酸素が解離されてイオン化させられるので、その酸素イオンは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質膜10を通って他面22側から一面20側に向かって図4に矢印で示されるように輸送される。   The air introduced from the gas introduction pipe 48 as described above passes through the exhaust path 60 formed between the gas introduction pipe 48 and the cylindrical pipe 42 while being in contact with the surface of the solid electrolyte membrane 10 and the air electrode layer. As shown by the arrows in FIG. At this time, oxygen in the air is dissociated and ionized by the oxygen dissociation action and ionization action of the air electrode layer provided on the solid electrolyte membrane 10 and the other surface 22, so that the oxygen ions have oxygen ion conductivity. The solid electrolyte membrane 10 is transported as shown by the arrow in FIG. 4 from the other surface 22 side to the one surface 20 side.

そして、一面20に到達した酸素イオンは、固体電解質から成る固体電解質膜10およびその一面20に設けられた燃料極層の再結合作用により酸素分子となり、その一面20から取り出される。これにより、酸素が他面22側から一面20側に透過することになる。しかしながら、固体電解質から成る固体電解質膜10は緻密質であると共に他の気体はイオン化させられないので、酸素以外の気体は全く透過しない。このようにして移動した酸素イオンが水素を酸化して外部負荷に電子を放出し、電気エネルギーを生成する。   The oxygen ions that have reached one surface 20 become oxygen molecules by the recombination action of the solid electrolyte membrane 10 made of a solid electrolyte and the fuel electrode layer provided on the one surface 20, and are taken out from the one surface 20. Thereby, oxygen permeate | transmits from the other surface 22 side to the one surface 20 side. However, since the solid electrolyte membrane 10 made of a solid electrolyte is dense and other gases cannot be ionized, gases other than oxygen do not permeate at all. The oxygen ions thus moved oxidize hydrogen to emit electrons to an external load, thereby generating electric energy.

前記表5,6に示した還元耐久性は、上記の試験を連続して実施して、還元側で回収された合成ガス中の窒素量を測定し、その変化から窒素リーク率LNを下記(4)式に従って求めて判断した。◎は3〜10時間で窒素リーク率の増大が無かったもの、○は3時間以内に窒素リーク率が1(%)以下の範囲で増大したもの、△は3時間以内に窒素リーク率が1〜3(%)の範囲で増大したもの、×は3時間以内に窒素リーク率が3(%)以上増大したものである。10時間で窒素リーク率の増大がなければ、長時間に亘る十分な還元耐久性があるものと考えられる。
N =[N2量(cc/min)/全ガス量(cc/min)]×100 ・・・(4)
For the reduction durability shown in Tables 5 and 6, the above test was continuously performed, the amount of nitrogen in the synthesis gas recovered on the reduction side was measured, and the nitrogen leak rate L N was calculated from the change as follows. Judgment was made according to equation (4). ◎: No increase in nitrogen leak rate in 3 to 10 hours, ○: Increase in nitrogen leak rate within 1% within 3 hours, Δ: Nitrogen leak rate in 1 hour within 1 hour Increased in a range of ˜3 (%), and × indicates an increase in nitrogen leakage rate by 3 (%) or more within 3 hours. If the nitrogen leak rate does not increase in 10 hours, it is considered that there is sufficient reduction durability over a long period of time.
L N = [N 2 amount (cc / min) / total gas amount (cc / min)] × 100 (4)

前記の表5に示すように、第1層12,32を0.01(%)以下の還元膨張率の材料で構成し、且つ3層構造の第3層16または2層構造の第2層34を0.10(S/cm)以上の酸素イオン伝導率の材料で構成した実施例1〜6,9〜12,17〜20では、全て◎評価(すなわち窒素リーク量の増大なし)の極めて高い還元耐久性を示した。また、酸素イオン伝導率は0.02〜0.12(S/cm)程度、すなわち還元耐久性の十分に高い8YSZ等よりも十分に高いイオン伝導率を有する。 As shown in Table 5, the first layers 12 and 32 are made of a material having a reduction expansion coefficient of 0.01 (%) or less, and the third layer 16 having a three-layer structure or the second layer 34 having a two-layer structure is formed. In Examples 1 to 6, 9 to 12 and 17 to 20 composed of a material having an oxygen ion conductivity of 0.10 (S / cm) or more, all have excellent reduction durability with excellent evaluation (that is, no increase in the amount of nitrogen leak). showed that. The oxygen ion conductivity is about 0.02 to 0.12 (S / cm), that is, sufficiently higher than 8YSZ or the like having sufficiently high reduction durability.

特に、全膜厚を同一としたまま第1層32の厚さ寸法を50(μm)に薄くした実施例17〜20では、同一構成材料で第1層32が0.1(mm)の実施例に比較しても、2倍程度の一層高い酸素イオン伝導率が得られている。この場合にも、表5に示されるように高い還元耐久性が得られるから、第1層12,32の厚さ寸法は薄くとも、還元耐久性の向上には何ら差し支えない。したがって、第1層12,32は、還元耐久性を確保できる範囲で薄い方が好ましく、例えば、1(μm)程度にすることが最も好ましい。 In particular, in Examples 17 to 20 in which the thickness of the first layer 32 is reduced to 50 (μm) while maintaining the same total film thickness, the first layer 32 is 0.1 (mm) with the same constituent material. Even in comparison, a higher oxygen ion conductivity of about 2 times is obtained. Also in this case, since high reduction durability is obtained as shown in Table 5, even if the thickness dimensions of the first layers 12 and 32 are thin, there is no problem in improving the reduction durability. Accordingly, the first layers 12 and 32 are preferably thin as long as the reduction durability can be ensured. For example, the first layers 12 and 32 are most preferably about 1 (μm).

なお、還元耐久性の高いLa0.9Sr0.1Ga0.5Mg0.5Oxは0.04(S/cm)程度のイオン伝導率を有することから、実施例のうちイオン伝導率が0.04(S/cm)以下に留まるものは、これと同等以下の特性に過ぎない。しかしながら、イオン伝導率が0.04(S/cm)以下の実施例1等は、第1層12,32をイオン伝導率が0.01(S/cm)程度の極めて低い材料で構成したものであることから、これに比較すると、少なくとも2倍以上の高いイオン伝導度を有している。また、上記のLa0.9Sr0.1Ga0.5Mg0.5Oxを第1層32に用いた実施例6では0.12(S/cm)、第1層12に用いた実施例10では0.09(S/cm)、すなわち、何れも2倍以上の酸素イオン伝導率が得られている。 In addition, since La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.5 Mg 0.5 O x having high reduction durability has an ionic conductivity of about 0.04 (S / cm), the ionic conductivity in the examples is 0.04 (S / cm) or less. What remains is just the same or lower characteristics. However, in Example 1 and the like having an ionic conductivity of 0.04 (S / cm) or less, the first layers 12 and 32 are made of an extremely low material having an ionic conductivity of about 0.01 (S / cm). Compared with this, the ionic conductivity is at least twice as high. Further, in Example 6 in which the above La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.5 Mg 0.5 O x is used for the first layer 32, 0.12 (S / cm), and in Example 10 in which the first layer 12 is used, 0.09 (S / cm). That is, in any case, oxygen ion conductivity twice or more is obtained.

これに対して、酸素イオン伝導率の高いLSGM1等のみで単層に構成された比較例1〜4では、還元耐久性が低い。また、積層構造としたものであっても、第1層32が0.05(%)の還元膨張率の材料で構成された比較例5では、その第1層32の還元耐久性が不足する。そのため、電解質膜全体としても、×〜△程度の還元耐久性に留まる。   On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4 configured as a single layer only with LSGM1 or the like having high oxygen ion conductivity, the reduction durability is low. Even in the case of the laminated structure, the first layer 32 has insufficient reduction durability in Comparative Example 5 in which the first layer 32 is made of a material having a reduction expansion coefficient of 0.05 (%). Therefore, the electrolyte membrane as a whole also has a reduction durability of about x to Δ.

したがって、実施例によれば、第1層12,32に還元膨張率の小さい材料を用いると共に、酸化側に酸素イオン伝導率の高い材料を用いることにより、還元耐久性および酸素イオン伝導度が共に高い固体電解質膜10,30が得られることが明らかである。   Therefore, according to the embodiment, by using a material having a small reduction expansion coefficient for the first layers 12 and 32 and using a material having a high oxygen ion conductivity on the oxidation side, both reduction durability and oxygen ion conductivity are achieved. It is clear that high solid electrolyte membranes 10 and 30 can be obtained.

以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail with reference to drawings, this invention can be implemented also in another aspect, A various change can be added in the range which does not deviate from the main point.

本発明の一実施例の固体電解質膜の要部断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principal part cross section of the solid electrolyte membrane of one Example of this invention. 2層の傾斜構造の場合における膜内の酸素分圧勾配を説明する図である。It is a figure explaining the oxygen partial pressure gradient in the film | membrane in the case of a 2 layer inclination structure. 図1の固体電解質膜エレメントの製造方法を説明するための工程図である。FIG. 2 is a process diagram for explaining a method for manufacturing the solid electrolyte membrane element of FIG. 1. 図1の固体電解質膜エレメントが用いられた反応器の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the reactor using the solid electrolyte membrane element of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10:固体電解質膜、12:第1層、14:第2層、16:第3層、18:シール部材、20:一面、22:他面、24:燃料極層、26:空気極層、30:固体電解質膜、32:第1層、34:第2層、36:界面、40:反応器、42、44:円筒管、48、50:気体導入管、56:ヒータ、58:封着材、60:排気路、62:回収路 10: solid electrolyte membrane, 12: first layer, 14: second layer, 16: third layer, 18: sealing member, 20: one side, 22: other side, 24: fuel electrode layer, 26: air electrode layer, 30: Solid electrolyte membrane, 32: First layer, 34: Second layer, 36: Interface, 40: Reactor, 42, 44: Cylindrical tube, 48, 50: Gas introduction tube, 56: Heater, 58: Sealing 60, exhaust path, 62: recovery path

Claims (3)

一般式(La 1-x Sr x)(Gay Mg 1-y)O3(但し、0<1、01)で表されるペロブスカイト複合酸化物である第1の固体電解質から成る第1層と、
一般式(La 1-p Sr p )(Ga q Mg 1-q-r Co r )O 3 (但し、0<p<1、0<q<1、0≦r<1)で表されるペロブスカイト複合酸化物または一般式Ce z C 1-z O δ (CはSm,Gd,Ca,Yのうちから選ばれる1種または2種以上の組み合わせ、0<z<1)で表されるセリウム酸化物であって前記第1の固体電解質よりも還元膨張率が大きい第2の固体電解質から成り且つ前記第1層に積層された第2層と
を、含むことを特徴とする非電子伝導性組成傾斜型固体電解質膜。
Formula (La 1-x Sr x) (Ga y Mg 1-y) O 3 ( where, 0 <x <1,0 <y <1) the first solid electrolyte is a perovskite composite oxide represented by A first layer comprising:
Perovskite complex oxidation represented by the general formula (La 1-p Sr p ) (Ga q Mg 1-qr Co r ) O 3 (where 0 <p <1, 0 <q <1, 0 ≦ r <1) Or a cerium oxide represented by the general formula Ce z C 1-z O δ (C is one or a combination of two or more selected from Sm, Gd, Ca, Y, 0 <z <1) non electron-conductive composition gradient type, characterized in that a second layer is laminated on and the first layer consists of the second solid electrolyte is larger reduction expansion than the first solid electrolyte, including there Solid electrolyte membrane.
前記第1層は0.01(%)未満の還元膨張率を有し、且つ前記第2層は0.01(%)以上の還元膨張率を有する請求項1に記載の非電子伝導性組成傾斜型固体電解質膜。   2. The non-electron conductive composition gradient solid electrolyte according to claim 1, wherein the first layer has a reduction expansion coefficient of less than 0.01 (%), and the second layer has a reduction expansion coefficient of 0.01 (%) or more. film. 前記第2層は厚さ寸法を0.5(mm)としたときに0.1(S/cm)以上の酸素イオン伝導率を有する請求項1または請求項2に記載の非電子伝導性組成傾斜型固体電解質膜。
The non-electron conductive composition gradient solid electrolyte according to claim 1 or 2, wherein the second layer has an oxygen ion conductivity of 0.1 (S / cm) or more when the thickness dimension is 0.5 (mm). film.
JP2005257139A 2005-09-05 2005-09-05 Non-electron conductive composition graded solid electrolyte membrane Active JP4933757B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005257139A JP4933757B2 (en) 2005-09-05 2005-09-05 Non-electron conductive composition graded solid electrolyte membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005257139A JP4933757B2 (en) 2005-09-05 2005-09-05 Non-electron conductive composition graded solid electrolyte membrane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007073272A JP2007073272A (en) 2007-03-22
JP4933757B2 true JP4933757B2 (en) 2012-05-16

Family

ID=37934569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005257139A Active JP4933757B2 (en) 2005-09-05 2005-09-05 Non-electron conductive composition graded solid electrolyte membrane

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4933757B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4500762B2 (en) * 2005-10-27 2010-07-14 株式会社ノリタケカンパニーリミテド Oxygen separation membrane having a composition gradient structure
JP4500763B2 (en) * 2005-10-31 2010-07-14 株式会社ノリタケカンパニーリミテド Composition gradient oxygen separation membrane
KR101010551B1 (en) 2006-11-30 2011-01-24 미츠비시 가가쿠 메디아 가부시키가이샤 Information recording medium and master exposing device
JP7103783B2 (en) * 2017-12-07 2022-07-20 株式会社ノリタケカンパニーリミテド Joining material and joining body

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3434883B2 (en) * 1994-04-28 2003-08-11 京セラ株式会社 Method for manufacturing fuel cell
JP3218555B2 (en) * 1995-09-18 2001-10-15 日本電信電話株式会社 Ceria based solid electrolyte with protective layer
JPH09161824A (en) * 1995-12-05 1997-06-20 Fuji Electric Co Ltd Solid electrolytic fuel cell and its manufacture
JPH09245815A (en) * 1996-03-12 1997-09-19 Meidensha Corp Manufacture of solid electrolyte of solid electrolyte fuel cell and solid electrolyte forming material
JPH09266000A (en) * 1996-03-29 1997-10-07 Fujikura Ltd Solid electrolyte type fuel cell and its manufacture
JP4178610B2 (en) * 1997-08-29 2008-11-12 祐作 滝田 Oxide ion conductors and their applications
JP4191821B2 (en) * 1998-07-24 2008-12-03 東京瓦斯株式会社 Lanthanum gallate sintered body for solid electrolyte, method for producing the same, and fuel cell using the same as solid electrolyte
JP2000226260A (en) * 1999-02-08 2000-08-15 Ngk Spark Plug Co Ltd LaGaO3-BASED SINTERED COMPACT
JP2001052722A (en) * 1999-08-12 2001-02-23 Mitsubishi Materials Corp Solid oxide type fuel cell
JP4352594B2 (en) * 2000-03-15 2009-10-28 三菱マテリアル株式会社 Oxide ion conductor, method for producing the same, and fuel cell using the same
JP4517466B2 (en) * 2000-06-28 2010-08-04 三菱マテリアル株式会社 Solid oxide fuel cell
JP3843766B2 (en) * 2000-07-04 2006-11-08 日産自動車株式会社 Solid oxide fuel cell
JP2003112973A (en) * 2001-09-28 2003-04-18 Ngk Spark Plug Co Ltd LaGaO3 BASED SINTERED COMPACT
JP2003263997A (en) * 2002-03-11 2003-09-19 Mitsubishi Materials Corp Solid oxide fuel cell
JP2003331866A (en) * 2002-05-15 2003-11-21 Daito Co Ltd Solid oxide fuel cell
JP2004303713A (en) * 2002-09-13 2004-10-28 Toto Ltd Solid oxide fuel cell
JP4496749B2 (en) * 2003-09-30 2010-07-07 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell
JP4812374B2 (en) * 2005-09-05 2011-11-09 株式会社ノリタケカンパニーリミテド Composition gradient oxygen separation membrane

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007073272A (en) 2007-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5122458B2 (en) Reversible solid oxide fuel cell stack and method for preparing the same
JP5952139B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
EP2495791B1 (en) Fuel cell, cell stack, fuel cell module, and fuel cell device
JP6208499B2 (en) Fuel cell or electrolysis cell, cell stack device, module and module storage device
US20140010953A1 (en) SINTERING ADDITIVES FOR CERAMIC DEVICES OBTAINABLE IN A LOW pO2 ATMOSPHERE
JP5072304B2 (en) Fuel cell and fuel cell stack, and fuel cell
JP4931365B2 (en) Support substrate for fuel cell, fuel cell, and fuel cell
WO2015030215A1 (en) Cell, cell stack device, module and module-containing device
JP2013093305A (en) Fuel cell
JP4933757B2 (en) Non-electron conductive composition graded solid electrolyte membrane
JP2011096432A (en) Unit cell of fuel cell, cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device
JP2014069989A (en) Oxygen ion conductor, and electrochemical device obtained by using the same
JP5404973B1 (en) Solid oxide fuel cell, fuel cell module, and fuel cell device
WO2007086346A1 (en) Conductive sintered body, conductive member for fuel cell, fuel-cell cell, and fuel cell
JP2005216760A (en) Fuel cell and its manufacturing method
EP3125347B1 (en) Cell stack device, module, and module housing device
JP4828104B2 (en) Fuel cell
JP4812374B2 (en) Composition gradient oxygen separation membrane
JP4500762B2 (en) Oxygen separation membrane having a composition gradient structure
JP2018055913A (en) Collector member and solid oxide fuel battery cell unit
JP2007200761A (en) Battery cell, cell stack and fuel cell
JP4500763B2 (en) Composition gradient oxygen separation membrane
JP5289010B2 (en) Solid oxide fuel cell, fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP4480377B2 (en) Fuel cell and fuel cell
JP4881479B2 (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080410

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110714

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110809

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111006

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111101

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111130

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: 20120124

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120217

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4933757

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150224

Year of fee payment: 3

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

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

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

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250