JP5516468B2 - Composite ceramic material, method for producing the same, and solid oxide fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、複合セラミックス材料及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)に関し、さらに詳しくは、ジルコニア粒子及びペロブスカイト型酸化物の分布性及び組成制御性に優れた複合セラミックス材料及びその製造方法、この複合セラミックス材料を電極用材料として用いることで電池の出力特性の大幅な向上が可能な固体酸化物形燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a composite ceramic material, a manufacturing method thereof, and a solid oxide fuel cell (SOFC), and more particularly, a composite having excellent distribution and composition controllability of zirconia particles and perovskite oxide. The present invention relates to a ceramic material, a manufacturing method thereof, and a solid oxide fuel cell capable of significantly improving the output characteristics of the battery by using the composite ceramic material as an electrode material.

固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、水素や炭化水素などの燃料を酸化物イオンと反応させて電子を取り出す燃料極と、この燃料極で生じた電子によって酸素を還元して酸化物イオンを生成させる空気極と、この空気極で生じた酸化物イオンを燃料極に運ぶ役割を有する固体電解質とからなる。
このSOFCでは、一般的には、燃料極は、固体電解質粒子と、燃料と酸化物イオンとの反応にて触媒となる物質との複合体で構成され、一方、空気極は、固体電解質粒子と、酸素を還元する触媒との複合体で構成されている。
A solid oxide fuel cell (SOFC) is a fuel electrode in which a fuel such as hydrogen or hydrocarbon reacts with oxide ions to extract electrons, and oxygen is reduced by the electrons generated at the fuel electrodes to produce oxide ions. It consists of an air electrode to be generated and a solid electrolyte having a role of transporting oxide ions generated at the air electrode to the fuel electrode.
In this SOFC, generally, the fuel electrode is composed of a composite of solid electrolyte particles and a substance that becomes a catalyst in the reaction of fuel and oxide ions, while the air electrode is composed of solid electrolyte particles and It is composed of a complex with a catalyst that reduces oxygen.

ところで、この空気極においては、反応場となるのは、気相である空気又は酸素ガスと空気極を構成する触媒と、固体電解質粒子の三相が接する界面(三相界面)であるといわれている。例えば、燃料極として触媒であるランタンストロンチウムマンガナイト(LSM)と電解質であるイットリア安定化ジルコニア(YSZ)の複合材料(LSM−YSZ)を用いたSOFCでは、LSM、YSZ及び空気又は酸素ガスの全てが接する部分が三相界面である。すなわち、この三相界面を多くすることで、反応効率の高い空気極が得られることになる。
さらに三相界面が多いだけではなく、電極内に電子を行き渡らせ、また酸素の還元反応によって生じた酸素イオンを固体電解質にスムーズに輸送するために、電解質粒子、触媒粒子、それぞれが電極内にて連続的なつながりを持った構造を有していることが望ましい。
By the way, in this air electrode, the reaction field is said to be the interface (three-phase interface) where the three-phase of solid electrolyte particles and the catalyst constituting the air electrode and air or oxygen gas which is a gas phase are in contact. ing. For example, in SOFC using a composite material (LSM-YSZ) of lanthanum strontium manganite (LSM) as a fuel electrode and yttria stabilized zirconia (YSZ) as an electrolyte, all of LSM, YSZ and air or oxygen gas The part that contacts is the three-phase interface. That is, by increasing the number of three-phase interfaces, an air electrode with high reaction efficiency can be obtained.
In addition to the large number of three-phase interfaces, the electrolyte particles and catalyst particles are placed inside the electrode in order to spread electrons inside the electrode and to smoothly transport oxygen ions generated by the oxygen reduction reaction to the solid electrolyte. It is desirable to have a structure with continuous connections.

そこで、触媒、もしくは電解質粒子によって3次元的に連なった(ネットワーク)骨格を作り、その周囲に他方の素材を複合することで、両者のネットワークを形成させた電極の製法が提案されている。
例えば、噴霧熱分解法により酸化ニッケル(還元により電極触媒の金属ニッケルを生成する)の周囲に、固体電解質であるセリアを析出させた3次元ネットワーク電極の生成が報告されている(特許文献1)。
また、酸化ニッケルの粉末をサマリウム塩、セリウム塩の溶液に浸漬し、酸化ニッケルの表面をサマリウムドープセリアで覆い、このサマリウムドープセリア(固体電解質相)のネットワークを形成させる方法が提案されている(特許文献2)。
In view of this, there has been proposed an electrode manufacturing method in which a (network) skeleton three-dimensionally connected by a catalyst or electrolyte particles is formed, and the other material is combined around the skeleton to form a network of both.
For example, the production of a three-dimensional network electrode in which ceria, which is a solid electrolyte, is deposited around nickel oxide (which generates metal nickel as an electrode catalyst by reduction) by spray pyrolysis has been reported (Patent Document 1). .
Further, a method has been proposed in which a nickel oxide powder is immersed in a samarium salt or cerium salt solution, and the surface of nickel oxide is covered with samarium-doped ceria to form a network of this samarium-doped ceria (solid electrolyte phase) ( Patent Document 2).

特許第4211254号公報Japanese Patent No. 4211254 特開2006−228587号公報JP 2006-228587 A

しかし、これら上記の方法では、いずれもネットワークの骨格となる原料粒子、もしくはネットワークの骨格の型となる原料粒子が数百ナノメートルから数マイクロメートルと比較的大きく、出来上がるネットワークを形成する粒子は、焼結や粒成長により数マイクロメートル以上の粗大なものとなってしまう。上記のとおり、電極の界面が反応のキーファクターとなるため、より高活性な電極を得るためには、より微細なレベルでの骨格形成が望まれていた。
また、これらの方法では、各粒子の表面に存在するイオン導電性を有する固体電解質を相互に結合することで導電性を向上させているが、このために触媒である酸化ニッケルが固体電解質中に埋め込まれてしまうため、十分な三相界面が得られないという問題もあった。
However, in the above-described methods, the raw material particles that are the skeleton of the network, or the raw material particles that are the skeleton of the network are relatively large from several hundred nanometers to several micrometers, and the particles that form the resulting network are Due to sintering and grain growth, it becomes coarser than several micrometers. As described above, since the interface of the electrode is a key factor for the reaction, it has been desired to form a skeleton at a finer level in order to obtain a more active electrode.
In these methods, the conductivity is improved by bonding ionic conductivity solid electrolytes present on the surface of each particle to each other. For this reason, nickel oxide as a catalyst is contained in the solid electrolyte. There was also a problem that a sufficient three-phase interface could not be obtained because of being embedded.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、複数種の酸化物粒子の分布性、組成制御性に優れ、しかも三相界面が多く、酸素イオン発生性にも優れた複合セラミックス材料及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is excellent in the distribution and composition controllability of a plurality of types of oxide particles, and has many three-phase interfaces and excellent oxygen ion generation. It is an object of the present invention to provide a composite ceramic material, a manufacturing method thereof, and a solid oxide fuel cell.

本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合して三次元の網目状骨格構造とされ、この網目状骨格構造の表面に、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)にて表される酸化物を結合させれば、固体電解質であるジルコニアおよび触媒である前記A1−x1−y3−δで表される酸化物が微細なスケールで三次元の網目状構造を持つことで三相界面が多く、電極全体に渡るジルコニアの網目状骨格構造により高い酸素イオン導電性を持ち、ジルコニア骨格に沿った前記A1−x1−y3−δで表される酸化物の網目状構造により、高い電子伝導性を有し、これらの特徴から高い性能を示す空気極となる複合セラミックス材料を容易に得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have obtained a three-dimensional network skeleton structure by combining zirconia particles made of yttria-stabilized zirconia, and the surface of this network skeleton structure. A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ (where A is one or more elements selected from the group of La, Sm and Fe, and B is Sr and Ni). One or two elements selected from the group, C is one or two elements selected from the group of Co and Mn, and D is one or two elements selected from the group of Fe and Ni (But different from A), 0.2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1, and when 0 <δ, a constant oxygen defect is contained) if caused to combine the oxides, the a 1-x B x C 1 is zirconia and catalyst is a solid electrolyte y D y O oxide represented by 3-[delta] is often three-phase interface by having a three-dimensional network structure in a fine scale, reticulated skeleton structure by high oxygen ion conductivity of zirconia throughout the electrode And has high electronic conductivity due to the network structure of the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ along the zirconia skeleton, and high from these characteristics The present inventors have found that a composite ceramic material serving as an air electrode exhibiting performance can be easily obtained, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明の複合セラミックス材料は、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合して三次元の網目状骨格構造とされ、この網目状骨格構造の表面に、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)にて表される酸化物が結合してなることを特徴とする。 That is, the composite ceramic material of the present invention has a three-dimensional network skeleton structure formed by binding zirconia particles made of yttria-stabilized zirconia, and A 1-x B x C 1- y D y O 3-δ (wherein A is one or more elements selected from the group of La, Sm and Fe, and B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni) Element, C is one or two elements selected from the group of Co and Mn, D is one or two elements selected from the group of Fe and Ni (however, different from A), 0.2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1, and a constant oxygen defect is contained when 0 <δ). Features.

前記ジルコニア粒子の平均粒子径は10nm以上かつ400nm以下であることが好ましい。
前記ジルコニア粒子の質量(WYSZ)に対する前記A1−x1−y3−δの質量(WABCD)の比(WABCD/WYSZ)は、5/95以上かつ95/5以下であることが好ましい。
The average particle size of the zirconia particles is preferably 10 nm or more and 400 nm or less.
The ratio (W ABCD / W YSZ ) of the mass (W ABCD ) of the A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ to the mass (W YSZ ) of the zirconia particles is 5/95 or more and 95 / 5 or less is preferable.

本発明の複合セラミックス材料の製造方法は、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア微粒子と、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)で表される酸化物に含まれる元素のうちA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンとを含有するジルコニア微粒子分散液の水素イオン指数を4以上かつ7未満に調整することにより、前記ジルコニア微粒子を凝集させて三次元の網目状凝集構造体とし、次いで、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体を含む分散液の水素イオン指数を7以上に調整することにより、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体の表面に前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前駆体を析出させ、次いで、前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前記前駆体が析出したジルコニア微粒子凝集構造体を800℃以上かつ1300℃以下の温度にて熱処理し、前記ジルコニア微粒子凝集構造体を形成する前記ジルコニア微粒子を焼結させて得られる三次元のジルコニア粒子の網目状骨格構造の表面に前記A1−x1−y3−δで表される酸化物が結合した複合セラミックス材料を生成することを特徴とする。 The method for producing a composite ceramic material of the present invention includes a zirconia fine particle composed of yttria-stabilized zirconia and A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ (where A is a group of La, Sm and Fe). One or more elements selected from: B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni; C is one or two elements selected from the group of Co and Mn , D is one or two elements selected from the group of Fe and Ni (however, different from A), 0.2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1 and 2 or more ions selected from the group of A, B, C and D among the elements contained in the oxide represented by the formula: By adjusting the hydrogen ion index of the zirconia fine particle dispersion containing benzene to 4 or more and less than 7 The zirconia fine particles are aggregated to form a three-dimensional network aggregate structure, and then the hydrogen ion index of the dispersion containing the network aggregate structure composed of the zirconia fine particles is adjusted to 7 or more, Precipitating the oxide represented by the A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ by heat treatment on the surface of the network aggregate structure composed of zirconia fine particles, A zirconia fine particle aggregate structure in which the precursor produced by heat treatment of an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ is heated at a temperature of 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. heat treatment, the zirconia fine reticulated said the surface of the skeletal structure a 1-x B x C of the zirconia fine three-dimensional zirconia particles obtained by sintering to form a coherent structure Oxide represented by -y D y O 3-δ is and generates a composite ceramic material attached.

前記ジルコニア微粒子分散液におけるジルコニア微粒子の分散平均粒子径は0.1nm以上かつ30nm以下であることが好ましい。   The dispersion average particle diameter of the zirconia fine particles in the zirconia fine particle dispersion is preferably 0.1 nm or more and 30 nm or less.

本発明の固体酸化物形燃料電池は、本発明の複合セラミックス材料を空気極材料としたことを特徴とする。   The solid oxide fuel cell of the present invention is characterized in that the composite ceramic material of the present invention is an air electrode material.

本発明の複合セラミックス材料によれば、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合して三次元の網目状骨格構造とされ、この網目状骨格構造の表面に、A1−x1−y3−δにて表される酸化物を結合させたので、ジルコニア粒子及びA1−x1−y3−δにて表される酸化物の分布性を向上させることができ、このジルコニア粒子及びA1−x1−y3−δにて表される酸化物の組成制御性を向上させることができる。したがって、三相界面が多く、ジルコニア骨格由来のイオン導電性に優れ、ジルコニア骨格に沿って形成されたA1−x1−y3−δにて表される酸化物の由来の高い電子伝導性を併せ持つ複合セラミックス材料を提供することができ、本発明の複合セラミックス材料をSOFCの空気極として使用する際には高性能が得られる。 According to the composite ceramic material of the present invention, zirconia particles composed of yttria-stabilized zirconia are combined to form a three-dimensional network skeleton structure, and A 1-x B x C 1-- is formed on the surface of the network skeleton structure. since was coupled oxide represented by y D y O 3-δ, the distribution of the oxide represented by zirconia particles and a 1-x B x C 1 -y D y O 3-δ it can be improved, thereby improving the composition control of oxide represented by the zirconia particles and a 1-x B x C 1 -y D y O 3-δ. Therefore, there are many three-phase interfaces, excellent ionic conductivity derived from the zirconia skeleton, and the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ formed along the zirconia skeleton. It is possible to provide a composite ceramic material having both high electronic conductivity and high performance when using the composite ceramic material of the present invention as an SOFC air electrode.

本発明の複合セラミックス材料の製造方法によれば、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア微粒子と、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)で表される酸化物に含まれる元素のうちA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンとを含有するジルコニア微粒子分散液の水素イオン指数を4以上かつ7未満に調整することにより、前記ジルコニア微粒子を凝集させて三次元の網目状凝集構造体とし、次いで、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体を含む分散液の水素イオン指数を7以上に調整することにより、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体の表面に前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前駆体を析出させ、次いで、前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前記前駆体が析出したジルコニア微粒子凝集構造体を800℃以上かつ1300℃以下の温度にて熱処理することとしたので、ジルコニア微粒子凝集構造体を形成するジルコニア微粒子を焼結させて得られる三次元のジルコニア粒子の網目状骨格構造の表面に前記A1−x1−y3−δで表される酸化物が結合した複合セラミックス材料を、容易かつ安価に作製することができる。 According to the method for producing a composite ceramic material of the present invention, zirconia fine particles composed of yttria-stabilized zirconia and A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ (where A is La, Sm, and Fe) One or two or more elements selected from the group of B, B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni, C is one or two elements selected from the group of Co and Mn And D is one or two elements selected from the group of Fe and Ni (however, different from A), 0.2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ 1 or 2 or more selected from the group consisting of A, B, C, and D among the elements contained in the oxide represented by δ ≦ 1 and containing constant oxygen defects when 0 <δ The hydrogen ion index of the zirconia fine particle dispersion containing ions is adjusted to 4 or more and less than 7. By agglomerating the zirconia fine particles into a three-dimensional network aggregate structure, and then adjusting the hydrogen ion index of the dispersion containing the network aggregate structure composed of the zirconia fine particles to 7 or more, wherein a 1-x B x C 1 -y D y O 3-δ oxide was precipitated precursor caused by heat treatment, represented on the surface of the mesh-like aggregate structure consisting of the zirconia fine particles, then, The zirconia fine particle aggregate structure in which the precursor produced by heat treatment of the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ is heated to a temperature of 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. since it was decided to heat treatment Te, the the surface of the reticulated skeleton structure of a three-dimensional zirconia particles obtained zirconia fine particles forming a zirconia fine particle aggregate structure by sintering a The -x B x C 1-y D y O 3-δ composite ceramic material oxide is bonded, represented by, it can be manufactured easily and inexpensively.

本発明の固体酸化物形燃料電池によれば、本発明の複合セラミックス材料を固体酸化物形燃料電池の空気極材料としたので、外部回路から供給される電子と酸素ガスとのイオン化反応を効率良く行うことができる。したがって、酸素イオン化量を増大させることができ、発生した酸素イオンを電解質へ効率的に供給することができる。その結果、電池の出力特性を大幅に向上させることができる。   According to the solid oxide fuel cell of the present invention, since the composite ceramic material of the present invention is used as the air electrode material of the solid oxide fuel cell, the ionization reaction between electrons and oxygen gas supplied from an external circuit is efficiently performed. Can be done well. Therefore, the amount of oxygen ionization can be increased, and the generated oxygen ions can be efficiently supplied to the electrolyte. As a result, the output characteristics of the battery can be greatly improved.

本発明の一実施形態の固体酸化物形燃料電池の空気極を評価するための電気化学特性評価装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electrochemical property evaluation apparatus for evaluating the air electrode of the solid oxide fuel cell of one Embodiment of this invention. 本発明の実施例1の複合セラミックス粉体を用いて作製した空気極を示すTEM像(上部)及びEDXにより得られた元素分布を示す図(下部)である。It is a figure (lower part) which shows the TEM image (upper part) which shows the air electrode produced using the composite ceramic powder of Example 1 of this invention, and the element distribution obtained by EDX. 本発明の実施例2の複合セラミックス粉体を用いて作製した空気極を示す走査型電子顕微鏡(SEM)像である。It is a scanning electron microscope (SEM) image which shows the air electrode produced using the composite ceramic powder of Example 2 of this invention. 比較例1の材料を用いて作製した空気極を示す走査型電子顕微鏡(SEM)像である。2 is a scanning electron microscope (SEM) image showing an air electrode produced using the material of Comparative Example 1. FIG. 比較例2の材料を用いて作製した空気極を示す走査型電子顕微鏡(SEM)像である。6 is a scanning electron microscope (SEM) image showing an air electrode produced using the material of Comparative Example 2.

本発明の複合セラミックス材料及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The composite ceramic material of the present invention, the manufacturing method thereof, and the form for carrying out the solid oxide fuel cell will be described.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

[複合セラミックス材料]
本実施形態の複合セラミックス材料は、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合して三次元の網目状骨格構造とされ、この網目状骨格構造の表面に、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)にて表される酸化物が結合してなる材料である。
[Composite ceramic materials]
In the composite ceramic material of the present embodiment, zirconia particles composed of yttria-stabilized zirconia are combined to form a three-dimensional network skeleton structure, and A 1-x B x C 1-y is formed on the surface of the network skeleton structure. D y O 3-δ (wherein A is one or more elements selected from the group of La, Sm and Fe, and B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni) , C is one or two elements selected from the group of Co and Mn, D is one or two elements selected from the group of Fe and Ni (however, different from A), 0 .. 2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1, and a constant oxygen defect is contained when 0 <δ)). .

ここで、三次元の網目状骨格構造とは、ジルコニア粒子が複数個結合して樹枝状となったものが三次元に張りめぐらされて網目状となったものであり、この網目状骨格構造の内部に形成された空隙部は、三次元に張りめぐらされて網目状の空隙となっており、場合によっては、その一部がジルコニア粒子の網目状骨格構造中に空孔となって残っている構造である。   Here, the three-dimensional network skeleton structure is a structure in which a plurality of zirconia particles are combined to form a dendritic structure, which is stretched in three dimensions to form a network structure. The voids formed inside are stretched in three dimensions to form a network-like void, and in some cases, a part of the void remains in the network-like skeleton structure of the zirconia particles. Structure.

この複合セラミックス材料における上記のジルコニア粒子の平均粒子径は10nm以上かつ400nm以下であることが好ましく、より好ましくは10nm以上かつ300nm以下である。
ここで、ジルコニア粒子の平均粒子径を10nm以上かつ400nm以下とした理由は、平均粒子径が10nm未満では、後述の製造方法に示すように、複合セラミックス材料を形成するために800℃を超える温度で熱処理する必要があるために、ジルコニア粒子の粒成長を10nm未満に抑えることが難しいからであり、一方、平均粒子径が400nmを超えると、表面積が小さくなり、また三次元の網目状構造が粗大になるために、十分な三相界面を得ることができないので、好ましくない。
The average particle diameter of the zirconia particles in the composite ceramic material is preferably 10 nm or more and 400 nm or less, more preferably 10 nm or more and 300 nm or less.
Here, the reason why the average particle diameter of the zirconia particles is 10 nm or more and 400 nm or less is that when the average particle diameter is less than 10 nm, the temperature exceeding 800 ° C. is required to form the composite ceramic material as shown in the manufacturing method described later. This is because it is difficult to suppress the grain growth of zirconia particles to less than 10 nm due to the necessity of heat treatment in the case of, and on the other hand, when the average particle diameter exceeds 400 nm, the surface area becomes small and a three-dimensional network structure is formed. Since it becomes coarse, a sufficient three-phase interface cannot be obtained, which is not preferable.

この複合セラミックス材料におけるジルコニア粒子の質量(WYSZ)に対するA1−x1−y3−δの質量(WABCD)の比(WABCD/WYSZ)は、5/95以上かつ95/5以下であることが好ましく、より好ましくは10/90以上かつ90/10以下である。
ここで、比(WABCD/WYSZ)を5/95以上かつ95/5以下としたのは、比(WABCD/WYSZ)が5/95未満では、電子伝導性と酸素イオンの還元触媒を担う電極中の触媒の量が少なくなるので、好ましくなく、一方、95/5を超えると、イオン伝導性を担うジルコニア粒子の量が十分ではなくなるので、好ましくない。
The ratio (W ABCD / W YSZ ) of the mass (W ABCD ) of A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ to the mass of zirconia particles (W YSZ ) in this composite ceramic material is 5/95. The ratio is preferably 95/5 or less, more preferably 10/90 or more and 90/10 or less.
Here, the ratio (W ABCD / W YSZ ) was set to 5/95 or more and 95/5 or less because when the ratio (W ABCD / W YSZ ) was less than 5/95, the electron conductivity and the oxygen ion reduction catalyst Since the amount of the catalyst in the electrode that bears the amount decreases, it is not preferable. On the other hand, when it exceeds 95/5, the amount of the zirconia particles that bear the ion conductivity becomes insufficient, which is not preferable.

[複合セラミックス材料の製造方法]
本実施形態の複合セラミックス材料の製造方法は、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア微粒子と、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)で表される酸化物に含まれる元素のうちA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンとを含有するジルコニア微粒子分散液の水素イオン指数を4以上かつ7未満に調整することにより、前記ジルコニア微粒子を凝集させて三次元の網目状凝集構造体とし、次いで、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体を含む分散液の水素イオン指数を7以上に調整することにより、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体の表面に前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前駆体を析出させ、次いで、前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前記前駆体が析出したジルコニア微粒子凝集構造体を800℃以上かつ1300℃以下の温度にて熱処理し、前記ジルコニア微粒子凝集構造体を形成する前記ジルコニア微粒子を焼結させて得られる三次元のジルコニア粒子の網目状骨格構造の表面に前記A1−x1−y3−δで表される酸化物が結合した複合セラミックス材料を生成する方法である。
[Method of manufacturing composite ceramic material]
The method for producing the composite ceramic material of the present embodiment includes a zirconia fine particle composed of yttria-stabilized zirconia, A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ (where A represents La, Sm and Fe). One or more elements selected from the group, B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni, C is one or two elements selected from the group of Co and Mn The element, D, is one or two elements selected from the group of Fe and Ni (however, different from A), 0.2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ 1 or more ions selected from the group consisting of A, B, C, and D among the elements contained in the oxide represented by The hydrogen ion index of the zirconia fine particle dispersion containing By agglomerating the zirconia fine particles into a three-dimensional network aggregate structure, and then adjusting the hydrogen ion index of the dispersion containing the network aggregate structure composed of the zirconia fine particles to 7 or more, Precipitating the oxide represented by the A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ by heat treatment on the surface of the network aggregate structure composed of zirconia fine particles, A zirconia fine particle aggregate structure in which the precursor produced by heat treatment of an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ is heated at a temperature of 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. The A 1-x B x is formed on the surface of the network skeleton structure of three-dimensional zirconia particles obtained by heat treatment and sintering the zirconia fine particles forming the zirconia fine particle aggregate structure. This is a method for producing a composite ceramic material in which an oxide represented by C 1-y D y O 3-δ is bonded.

ここで、「A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前駆体」とは、A1−x1−y3−δで表わされる酸化物に含まれる元素のうち、A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンが含まれる溶液のpHを7以上とすることで、当該溶液より析出させたA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の元素を含む水酸化物や炭酸塩等であって、加熱処理によってA1−x1−y3−δで表わされる酸化物を生成する物質のことである。また、この「A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前駆体」のことを、「A1−x1−y3−δ前駆体」と表記する場合がある。 Here, the “precursor produced by heat treatment of an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ ” means A 1-x B x C 1-y D y O Among the elements contained in the oxide represented by 3-δ , the pH of the solution containing one or more ions selected from the group of A, B, C, and D is 7 or more, A hydroxide or carbonate containing one or more elements selected from the group of A, B, C, and D precipitated from the solution, and is A 1-x B x C by heat treatment. It is a substance that forms an oxide represented by 1-y D y O 3-δ . In addition, the “precursor produced by heat treatment of the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ ” is referred to as “A 1-x B x C 1-y D It may be expressed as “ y O 3-δ precursor”.

次に、この複合セラミックス材料の製造方法について、詳細に説明する。
「ジルコニア微粒子分散液の作製」
イットリア安定化ジルコニア(YSZ)からなるジルコニア微粒子と、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)で表される酸化物に含まれる元素のうちA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンと、を分散媒中に分散させてジルコニア微粒子分散液とする。
このイットリア安定化ジルコニア微粒子は、水熱合成法や焼成法により作製することができ、例えば、次に挙げる方法が好適である(特開2006−16236号公報参照)。
Next, the manufacturing method of this composite ceramic material will be described in detail.
"Preparation of zirconia fine particle dispersion"
And zirconia fine particles made of yttria-stabilized zirconia (YSZ), A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ ( wherein, A 1 or is selected La, from the group of Sm and Fe or 2 More than one element, B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni, C is one or two elements selected from the group of Co and Mn, D is a group of Fe and Ni 1 or 2 elements selected from the above (but different from A), 0.2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1, and 0 <δ 1 or 2 or more types of ions selected from the group of A, B, C and D among the elements contained in the oxide represented by (containing a constant oxygen defect) To obtain a zirconia fine particle dispersion.
The yttria-stabilized zirconia fine particles can be produced by a hydrothermal synthesis method or a firing method. For example, the following method is suitable (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-16236).

この方法は、金属塩溶液を塩基性溶液にて中和させて金属酸化物前駆体を生成させ、この金属酸化物前駆体から金属酸化物ナノ粒子を製造する方法であり、この金属塩溶液中の金属イオンまたは金属酸化物イオンの価数をm、この塩基性溶液中の水酸基のモル比をnとするとき、これらm及びnが次式
0.5<n<m ……(1)
を満たすように、金属塩溶液に塩基性溶液を加えて金属塩溶液部分中和させ、次いで、この部分中和された溶液に無機塩を加えて混合溶液とし、この混合溶液を加熱する方法である。
This method is a method of producing a metal oxide precursor by neutralizing a metal salt solution with a basic solution, and producing metal oxide nanoparticles from the metal oxide precursor. Where m is the valence of the metal ions or metal oxide ions, and n is the molar ratio of the hydroxyl groups in the basic solution, the m and n are represented by the following formula 0.5 <n <m (1)
In order to satisfy the above, a basic solution is added to the metal salt solution to partially neutralize the metal salt solution, then an inorganic salt is added to the partially neutralized solution to form a mixed solution, and the mixed solution is heated by a method of heating. is there.

この金属塩溶液としては、イットリウム(Y)塩及びジルコニウム(Zr)塩を含む水溶液が好適に用いられる。   As this metal salt solution, an aqueous solution containing an yttrium (Y) salt and a zirconium (Zr) salt is preferably used.

前記A1−x1−y3−δで表される酸化物に含まれる元素のうちA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンを生じさせる物質としては、A、B、C及びDの群から選択される元素それぞれの、塩化物、硝酸塩、硫酸塩等の無機塩、酢酸塩、クエン酸塩等の有機塩、ヨウ化物、臭化物、フッ化物等のハロゲン化物が挙げられる。 One or more ions selected from the group of A, B, C, and D among the elements contained in the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ As a substance that generates A, B, C and D, an inorganic salt such as chloride, nitrate, sulfate, etc., an organic salt such as acetate, citrate, iodide, Halides such as bromide and fluoride can be mentioned.

分散媒としては、水が好ましく、その他、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール:IPA)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングルコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングルコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等を挙げることができる。これらは、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   As the dispersion medium, water is preferable, and other alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol: IPA), butanol, pentanol, hexanol, octanol, diacetone alcohol, and ethyl acetate. , Butyl acetate, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, esters such as γ-butyrolactone, diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve) ), Ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether Ethers such as tellurium, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), ketones such as acetylacetone and cyclohexanone, amides such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetoacetamide and N-methylpyrrolidone, ethylene glycol And glycols such as diethylene glycol and propylene glycol. These may be used alone or in combination of two or more.

このジルコニア微粒子分散液における、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア微粒子の濃度については、特に制限はないが、後述のpH制御により複合セラミックス材料を得る場合には、生産性及びハンドリング性の観点から、ジルコニア粒子が0.5質量%〜10質量%程度が好ましい。   The concentration of zirconia fine particles comprising yttria-stabilized zirconia in this zirconia fine particle dispersion is not particularly limited, but when obtaining a composite ceramic material by pH control described later, from the viewpoint of productivity and handling properties, zirconia About 0.5 mass%-10 mass% of particle | grains are preferable.

このジルコニア微粒子分散液におけるイットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア微粒子の分散平均粒子径は、0.1nm以上かつ30nm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1nm以上かつ20nm以下である。
ここで、ジルコニア微粒子の分散平均粒子径を0.1nm以上かつ30nm以下とした理由は、分散平均粒子径が0.1nm未満では、ジルコニア微粒子が後述する分散液中でコロイドとしての性質を発現することができず、一方、30nmを超えると、ジルコニア微粒子が形成する三次元網目状凝集構造体の比表面積が十分でなく、その後のpH調整によってA1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前駆体を析出させる際、これらの前駆体がジルコニア微粒子の三次元網目状凝集構造体の表面以外で析出してしまい、その結果組成の分布性が悪く、組成の不均一な複合セラミックス材料が生じる虞があるからである。
The dispersion average particle diameter of zirconia fine particles comprising yttria-stabilized zirconia in this zirconia fine particle dispersion is preferably 0.1 nm or more and 30 nm or less, more preferably 0.1 nm or more and 20 nm or less.
Here, the reason why the dispersion average particle diameter of the zirconia fine particles is 0.1 nm or more and 30 nm or less is that when the dispersion average particle diameter is less than 0.1 nm, the zirconia fine particles exhibit properties as a colloid in the dispersion described later. On the other hand, if it exceeds 30 nm, the specific surface area of the three-dimensional network aggregate structure formed by the zirconia fine particles is not sufficient, and A 1-x B x C 1-y D y O by subsequent pH adjustment When the precursors generated by heat treatment of the oxide represented by 3-δ are deposited, these precursors are deposited on the surface other than the surface of the three-dimensional network aggregate structure of zirconia fine particles, and as a result, the distribution of the composition This is because a composite ceramic material having a poor composition and a non-uniform composition may be produced.

ここで、分散平均粒子径とは、分散液中の粒子がブラウン運動により拡散する速度を動的光散乱法により光学的に測定することで、横軸に分散液中の粒子の分散粒子径を、縦軸にその分散粒子径の粒子の数をとった粒度分布図を得て、その図中において粒子の数が最大となる分散粒子径のことである。
また、この分散液のpHは4未満である必要があり、2.5以下であればより好ましい。分散液のpHを4未満とするのは、pHが4以上になるとジルコニア微粒子の凝集がおこり、良好な分散状態を得にくくなるために、後述の工程でpHを制御しても、三次元の網目状構造を有するジルコニア微粒子の凝集構造体を得ることが難しくなり、このために良好な特性を有する複合セラミックス材料やSOFC用の空気極を得ることできなくなる虞があるためである。
Here, the dispersion average particle diameter is an optical measurement of the speed at which particles in the dispersion diffuse due to Brownian motion by the dynamic light scattering method, and the horizontal axis represents the dispersion particle diameter of the particles in the dispersion. The particle size distribution chart is obtained by taking the number of particles having the dispersed particle diameter on the vertical axis, and the dispersed particle diameter is the largest in the figure.
Moreover, the pH of this dispersion liquid needs to be less than 4, and it is more preferable if it is 2.5 or less. The pH of the dispersion is less than 4 because when the pH is 4 or more, the zirconia fine particles are aggregated and it is difficult to obtain a good dispersion state. This is because it becomes difficult to obtain an aggregated structure of zirconia fine particles having a network structure, which may make it impossible to obtain a composite ceramic material having good characteristics or an air electrode for SOFC.

「セラミックス・A1−x1−y3−δ前駆体複合物の作製」
次いで、このジルコニア微粒子分散液に、アルカリ、例えば、アンモニア水、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等の無機アルカリ、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン等のアルキルアミン、メタノールアミン、エタノールアミン等のアルコールアミン、等を添加し、この分散液のpHを4以上かつ7未満に調整する。
“Preparation of Ceramics A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ Precursor Composite”
Next, this zirconia fine particle dispersion is mixed with an alkali such as aqueous ammonia, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydroxide, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate and other inorganic alkali, methyl Alkylamines such as amine, ethylamine and propylamine, alcohol amines such as methanolamine and ethanolamine, etc. are added to adjust the pH of this dispersion to 4 or more and less than 7.

ここで、pHを4以上かつ7未満に調整することとしたのは、ジルコニア微粒子のみを先に凝集させて三次元の網目状構造体とするとともに、A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンがアンモニア水、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等の無機塩、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン等のアルキルアミン、メタノールアミン、エタノールアミン等のアルコールアミン等のアルカリと反応して沈殿物を生じさせるのを防止するためである。   Here, the pH was adjusted to 4 or more and less than 7 because only the zirconia fine particles were first aggregated to form a three-dimensional network structure and selected from the group of A, B, C, and D 1 type or 2 types of ions to be added are ammonia water, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydroxide, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate and other inorganic salts, methylamine, This is to prevent precipitation by reacting with an alkali such as an alkylamine such as ethylamine or propylamine, or an alcoholamine such as methanolamine or ethanolamine.

上記のジルコニア微粒子分散液及びアルカリそれぞれの温度については、常温で良く、より好ましくは1℃〜50℃の範囲である。
これにより、ジルコニア微粒子のみを凝集させた三次元の網目状構造体と、A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンとが共存する分散液が得られることとなる。
About each temperature of said zirconia fine particle dispersion and alkali, normal temperature may be sufficient, More preferably, it is the range of 1 degreeC-50 degreeC.
As a result, a dispersion in which a three-dimensional network structure in which only zirconia fine particles are aggregated and one or more ions selected from the group of A, B, C, and D coexist can be obtained. It becomes.

次いで、このジルコニア微粒子網目状凝集構造体及びA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンを含有する分散液に、アルカリ、例えば、アンモニア水、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等の無機塩、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン等のアルキルアミン、メタノールアミン、エタノールアミン等のアルコールアミン、等を添加し、このジルコニア微粒子網目状凝集構造体及びA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンとを含有する分散液のpHを7以上に調整する。   Next, this zirconia fine particle network aggregate structure and a dispersion containing one or more ions selected from the group of A, B, C and D are mixed with an alkali such as ammonia water, ammonium carbonate, carbonic acid. Inorganic salts such as ammonium hydrogen, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydroxide, potassium carbonate and potassium hydrogen carbonate, alkylamines such as methylamine, ethylamine and propylamine, alcohol amines such as methanolamine and ethanolamine , Etc. are added to adjust the pH of the dispersion containing the zirconia fine particle network aggregate structure and one or more ions selected from the group of A, B, C and D to 7 or more. .

ここで、分散液のpHを7以上に調整することとしたのは、分散液中のA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の元素を、水酸化物や炭酸塩等の沈殿物(A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前駆体)としてジルコニア微粒子網目状凝集構造体の表面に十分に析出させるためである。
上記のジルコニア微粒子網目状凝集構造体と、A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンとを含有する溶液及びアルカリそれぞれの温度については、常温で良く、より好ましくは1℃〜50℃の範囲である。
これにより、ジルコニア微粒子が凝集した三次元の網目状凝集構造体の表面にA1−x1−y3−δ前駆体が析出したセラミックス・A1−x1−y3−δ前駆体複合物が生成することとなる。
Here, the pH of the dispersion was adjusted to 7 or more because one or more elements selected from the group of A, B, C, and D in the dispersion were added to hydroxide or It precipitates such as carbonates (a 1-x B x C 1-y D y O precursor resulting from oxide to a heat treatment represented by 3-[delta]) as well on the surface of the zirconia fine net-like aggregate structure It is for making it precipitate.
About the temperature of each of the solution and the alkali containing the zirconia fine particle network aggregate structure and one or more ions selected from the group of A, B, C and D, normal temperature may be used. Preferably it is the range of 1 to 50 degreeC.
Thus, A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ Ceramic precursor is precipitated A 1-x B x C 1 on the surface of the three-dimensional net-like aggregate structure zirconia fine particles are aggregated -y D y O 3-δ precursor composite is to be produced.

「ジルコニア−A1−x1−y3−δ複合セラミックス粉体の作製」
通常の濾過洗浄装置等を用いて、上記のセラミックス・A1−x1−y3−δ前駆体複合物を含む分散液からセラミックス・A1−x1−y3−δ前駆体複合物を分離し、このセラミックス・A1−x1−y3−δ前駆体複合物を純水を用いて洗浄してアルカリイオン等の不純物イオンを除去し、その後、乾燥機を用いて乾燥する。乾燥温度は200℃未満が好ましいが、これは200℃以上ではセラミックス・A1−x1−y3−δ前駆体複合物中のA1−x1−y3−δ前駆体が、A1−x1−y3−δで表される酸化物に変化するために、乾燥物量を測定する場合等においては誤差を生じるためであり、乾燥と同時にA1−x1−y3−δで表される酸化物の形成を行う場合には、特に制限はない。
ここで得られる乾燥物は、ナノメートルサイズの微細なイットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア微粒子が三次元の網目状に凝集した凝集構造体の表面にA1−x1−y3−δ前駆体が析出した状態である。
"Preparation of Zirconia -A 1-x B x C 1 -y D y O 3-δ complex ceramic powder"
Using conventional filtration and washing apparatus or the like, the above-mentioned ceramic · A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ ceramics · A 1-x from the dispersion containing the precursor composite B x C 1- separating the y D y O 3-δ precursor composite, alkali ions such as the ceramics · a 1-x B x C 1-y D y O 3-δ precursor complex was washed with pure water The impurity ions are removed and then dried using a dryer. Drying temperature is preferably lower than 200 ° C., this ceramics · A 1-x B at 200 ° C. or higher x C 1-y D y O 3-δ A 1-x precursor composite in B x C 1-y Since the D y O 3-δ precursor changes to an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ , an error occurs when measuring the amount of dry matter. It is for, when performing formation and drying simultaneously a 1-x B x C 1 -y D y O oxide represented by 3-[delta] is not particularly limited.
Here resulting dried product, the surface A 1-x B x C 1 -y D y O of the aggregate structure zirconia fine particles of nanometer size fine yttria-stabilized zirconia are aggregated in a three-dimensional reticulated In this state, the 3-δ precursor is precipitated.

次いで、得られた乾燥物を、例えば、電気炉等を用いて、大気雰囲気中、800℃以上かつ1300℃以下、より好ましくは800℃以上かつ1250℃以下、さらに好ましくは1000℃以上かつ1200℃以下の温度にて熱処理することにより、三次元の網目状に凝集した凝集構造体を形成する、ナノメートルサイズの微細なイットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア微粒子同士を焼結させる。この操作により、ジルコニア微粒子同士が結合することで、ジルコニア粒子間の界面を接合させてイオン導電性のパスを形成させ、構造体内に連続的なイオン導電性を有する三次元の網目状骨格構造体を得る。   Next, the obtained dried product is, for example, 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower, more preferably 1000 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower in an air atmosphere using an electric furnace or the like. By performing heat treatment at the following temperature, zirconia fine particles made of fine yttria-stabilized zirconia having a nanometer size, which form an aggregate structure aggregated in a three-dimensional network, are sintered together. By this operation, the zirconia fine particles are bonded to each other, thereby joining the interface between the zirconia particles to form an ion conductive path, and a three-dimensional network skeleton structure having continuous ionic conductivity in the structure. Get.

この加熱処理により、ジルコニア微粒子は10nmから400nm程度のジルコニア粒子に成長し、この様な粒子径のジルコニア粒子が三次元の網目状骨格構造を形成する。また、A1−x1−y3−δ前駆体は酸化されてA1−x1−y3−δで表される酸化物となるが、ジルコニア粒子の粒成長によってもジルコニア粒子の骨格構造内部に取り込まれることなく、その表面に存在する。このようにして、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合した三次元の網目状骨格構造の表面にA1−x1−y3−δで表される酸化物が結合した、本実施形態の複合セラミックス材料を作製することができる。 By this heat treatment, the zirconia fine particles grow into zirconia particles having a diameter of about 10 nm to 400 nm, and the zirconia particles having such a particle diameter form a three-dimensional network skeleton structure. The A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ precursor is oxidized to an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ , Even when the zirconia particles are grown, they are not taken into the skeleton structure of the zirconia particles and exist on the surface thereof. In this manner, an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ is bonded to the surface of the three-dimensional network skeleton structure in which zirconia particles composed of yttria-stabilized zirconia are bonded. Thus, the composite ceramic material of this embodiment can be produced.

ここで、熱処理温度を800℃以上かつ1300℃以下と限定した理由は、熱処理温度が800℃より低いと、ジルコニア微粒子間の結合が悪く、十分なイオン導電性が得られないとともに、A1−x1−y3−δ前駆体からのA1−x1−y3−δで表される酸化物の生成が不十分であるからであり、また、1300℃を超えると、ジルコニアの粒成長が進みすぎてしまい、ジルコニア粒子の平均粒子径を400nm以下に保つことができなくなり、その結果、得られる複合セラミックス材料、特に固体酸化物形燃料電池用空気極における比表面積が十分でなくなるからである。
この加熱処理は一度に行ってもよく、複数回に分けて行ってもよい。
Here, the reason for limiting the heat treatment temperature and 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or less, the heat treatment temperature is lower than 800 ° C., poor bonding between the zirconia particles, with no sufficient ionic conductivity is obtained, A 1- generation of x B x C 1-y D y O 3-δ a 1-x B x C 1-y D y O oxide represented by 3-[delta] from the precursor is because insufficient, On the other hand, if the temperature exceeds 1300 ° C., the grain growth of zirconia proceeds excessively, and the average particle diameter of the zirconia particles cannot be kept below 400 nm. As a result, the resulting composite ceramic material, particularly a solid oxide fuel cell This is because the specific surface area of the working air electrode is not sufficient.
This heat treatment may be performed at a time or may be performed in a plurality of times.

「複合セラミックス材料の成形」
ここで、複合セラミックス材料の成形方法について説明する。
セラミックス材料は、通常、粉体の状態で成形後、焼結して当該セラミックス材料を得る。本実施形態の複合セラミックス材料における粉体としては、上記のセラミックス・A1−x1−y3−δ前駆体複合物の乾燥物があるが、A1−x1−y3−δ前駆体が水酸化物や炭酸塩等であって安定ではなく、加熱時にA1−x1−y3−δで表される酸化物に変化する際に大きな体積変化やガス発生などが起こりうるため、ハンドリングの面から好ましくないことから、800℃程度であらかじめ熱処理してA1−x1−y3−δ前駆体をA1−x1−y3−δで表される酸化物にしておくことが好ましい。
"Molding of composite ceramic materials"
Here, a method for forming the composite ceramic material will be described.
The ceramic material is usually formed in a powder state and then sintered to obtain the ceramic material. The powder in the composite ceramic material of the present embodiment, there is a dried product of the above ceramic · A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ precursor composite but, A 1-x B x The C 1-y D y O 3-δ precursor is a hydroxide, carbonate or the like and is not stable, and is oxidized by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ during heating. Since a large volume change or gas generation may occur when changing to an object, it is not preferable from the viewpoint of handling. Therefore, heat treatment is performed at about 800 ° C. in advance, and A 1-x B x C 1-y D y O 3− It is preferable that the δ precursor is an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ .

そこで、上記の複合セラミックス材料の作製工程を2段階に分け、第1段階ではA1−x1−y3−δで表される酸化物が生成し、かつジルコニア粒子が三次元の網目状骨格構造体を形成しない程度の温度と時間で熱処理することにより、表面にA1−x1−y3−δで表される酸化物が結合した、粒子径が数10nmから100nm程度のジルコニア粒子同士が弱く結合した、ジルコニア−A1−x1−y3−δ複合セラミックス粉体を形成させることができる。この第1段階における熱処理温度としては、例えばその上限値を800℃ないし1000℃程度とすればよい。 Therefore, a manufacturing process of the composite ceramic material in two stages, the first stage generates the oxide represented by A 1-x B x C 1 -y D y O 3-δ, and zirconia particles An oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ was bonded to the surface by heat treatment at a temperature and a time not to form a three-dimensional network skeleton structure. particle diameter of zirconia particles of the order of 100nm from several 10nm is bound weakly, zirconia -A 1-x B x C 1 -y D y O 3-δ thereby form a composite ceramic powder. As the heat treatment temperature in the first stage, for example, the upper limit value may be about 800 ° C. to 1000 ° C.

このようにして得られた複合セラミックス粉体を、必要とする形に成形し、成形物を得る。成形方法としては、通常のセラミックス成形方法であれば特に制限はなく、押し出し成形、加圧プレスのほか、複合セラミックス粉体に水や有機溶剤の他バインダー成分(例えばポリエチレングリコール、ポリビニルブチラール等)を添加してスラリーやペーストとし、テープ成形、スクリーン印刷、インクジェット成形、ゲルキャスト、フィルター製膜、スリップキャストなどの方法にて成形することができる。
また、後述のSOFC用空気極等に用いる場合には、この成形の際に、ポリマービーズや繊維状ポリマーなどを含有させて、得られる成形体に一定の空孔を形成させても良い。
The composite ceramic powder thus obtained is molded into a required shape to obtain a molded product. The molding method is not particularly limited as long as it is a normal ceramic molding method. In addition to extrusion molding and pressure pressing, a binder component (for example, polyethylene glycol, polyvinyl butyral, etc.) other than water and an organic solvent is added to the composite ceramic powder. It can be added to form a slurry or paste, which can be formed by a method such as tape forming, screen printing, ink jet forming, gel casting, filter film forming, slip casting or the like.
In addition, when used for an SOFC air electrode or the like, which will be described later, at the time of molding, polymer beads or fibrous polymers may be included to form certain pores in the resulting molded body.

このようにして得られた複合セラミックス粉体の成形体に対して、複合セラミックス材料の作製工程の第2段階、すなわち10nmから400nm程度のジルコニア粒子同士が焼結して三次元の網目状骨格構造体を形成する温度と時間で熱処理することにより、複合セラミックス材料を得ることができる。この第2段階における熱処理温度としては、例えばその下限値を800℃ないし1000℃程度とすればよい。
このようにして、特定の形状を有し、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合した三次元の網目状骨格構造の表面にA1−x1−y3−δで表される酸化物が結合した本実施形態の複合セラミックス材料を作製することができる。
The composite ceramic powder molded body thus obtained is subjected to the second stage of the composite ceramic material production process, that is, zirconia particles having a size of about 10 nm to 400 nm are sintered to form a three-dimensional network skeleton structure. A composite ceramic material can be obtained by heat treatment at the temperature and time for forming the body. As the heat treatment temperature in this second stage, for example, the lower limit value may be about 800 ° C. to 1000 ° C.
In this way, A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ is formed on the surface of a three-dimensional network skeleton structure having a specific shape and bonded with zirconia particles made of yttria-stabilized zirconia. The composite ceramic material of the present embodiment in which the represented oxide is bonded can be produced.

[固体酸化物形燃料電池]
本実施形態の固体酸化物形燃料電池は、上記の複合セラミックス材料を固体酸化物形燃料電池(SOFC)の空気極の電極材料としたものである。この電極材料は、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合した三次元の網目状骨格構造の表面にA1−x1−y3−δで表される酸化物が結合した構造を有していることから、三相界面量が多く、ジルコニア骨格由来のイオン導電性、ジルコニアの骨格に沿ったA1−x1−y3−δで表される酸化物のネットワーク由来の高い電子伝導性を持つ空気極を備えた固体酸化物形燃料電池を提供することができる。
従って、SOFCのカソード反応である酸素の還元による酸素イオンの生成を効率化でき、SOFCの出力特性を向上させることができる。
[Solid oxide fuel cell]
The solid oxide fuel cell of the present embodiment uses the above composite ceramic material as an electrode material for an air electrode of a solid oxide fuel cell (SOFC). The electrode material is an oxide represented by the surface of the three-dimensional reticulated skeleton structure zirconia particles consisting of yttria-stabilized zirconia is bound A 1-x B x C 1 -y D y O 3-δ binding since it has a structure, three-phase interfaces large amount, expressed in the zirconia skeleton derived ionic conductivity, a 1-x B along the backbone of the zirconia x C 1-y D y O 3-δ It is possible to provide a solid oxide fuel cell including an air electrode having high electronic conductivity derived from an oxide network.
Therefore, it is possible to improve the generation of oxygen ions by the reduction of oxygen, which is the cathode reaction of SOFC, and to improve the output characteristics of SOFC.

図1は電気化学特性評価装置を示す模式図であり、上記の固体酸化物形燃料電池の燃料極の電気特性を測定するための装置である。
図において、1はイットリア安定化ジルコニア等の電解質、2は白金(Pt)からなる参照極、3は電解質1の上面に形成されたLa0.8Sr0.2MnO(LSM)等からなる空気極、4は参照極2の下面に形成された酸化ニッケル−イットリア安定化ジルコニア等からなる燃料極、5は空気極3及び燃料極4それぞれの上に配置された白金網、6はガラスシール、7、8は同軸的に配設され互いに径の異なるアルミナ管、9は白金線、10は乾燥空気、11は3%HO−97%Hの組成の加湿水素ガスである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an electrochemical characteristic evaluation apparatus, which is an apparatus for measuring the electric characteristics of the fuel electrode of the solid oxide fuel cell.
In the figure, 1 is an electrolyte such as yttria-stabilized zirconia, 2 is a reference electrode made of platinum (Pt), and 3 is made of La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 (LSM) formed on the upper surface of the electrolyte 1. The air electrode 4 is a fuel electrode made of nickel oxide-yttria stabilized zirconia or the like formed on the lower surface of the reference electrode 2, 5 is a platinum net disposed on each of the air electrode 3 and the fuel electrode 4, and 6 is a glass seal. , 7 and 8 are coaxially disposed alumina tubes having different diameters, 9 is a platinum wire, 10 is dry air, and 11 is a humidified hydrogen gas having a composition of 3% H 2 O-97% H 2 .

ここで、上記の固体酸化物形燃料電池の空気極3の電極反応抵抗を測定するには、電解質1の上面に空気極3及び白金網5を順次取り付け、参照極2の下面に燃料極4及び白金網5を順次取り付け、空気極3に乾燥空気10を、燃料極4に加湿水素ガス11を、それぞれ供給しつつ、600℃〜800℃の温度範囲における空気極3と参照極2との間の交流インピーダンスを燃料極4を対極として測定する。   Here, in order to measure the electrode reaction resistance of the air electrode 3 of the solid oxide fuel cell, the air electrode 3 and the platinum net 5 are sequentially attached to the upper surface of the electrolyte 1, and the fuel electrode 4 is attached to the lower surface of the reference electrode 2. And the platinum net 5 are sequentially attached, the dry air 10 is supplied to the air electrode 3, and the humidified hydrogen gas 11 is supplied to the fuel electrode 4, while the air electrode 3 and the reference electrode 2 in the temperature range of 600 ° C. to 800 ° C. The AC impedance is measured using the fuel electrode 4 as a counter electrode.

以上説明したように、本実施形態の複合セラミックス材料によれば、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合して三次元の網目状骨格構造とされ、この網目状骨格構造の表面にA1−x1−y3−δで表される酸化物を結合させたので、三相界面量が多く、ジルコニア骨格由来のイオン導電性、ジルコニアの骨格に沿ったA1−x1−y3−δで表される酸化物のネットワーク由来の高い電子伝導性を持つSOFC用空気極の原料となる優れた複合セラミックス材料を提供することができる。 As described above, according to the composite ceramic material of the present embodiment, zirconia particles composed of yttria-stabilized zirconia are combined to form a three-dimensional network skeleton structure, and A 1-1 is formed on the surface of the network skeleton structure. since was coupled oxide represented by x B x C 1-y D y O 3-δ, many three-phase interfaces weight, ionic conductivity from zirconia skeleton, a 1-x along the backbone of the zirconia it is possible to provide a B x C 1-y D y O 3-δ as a raw material for SOFC air electrode with a network from a high electronic conductivity of the oxide represented by excellent composite ceramic material.

本実施形態の複合セラミックス材料の製造方法によれば、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア微粒子と、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)で表される酸化物に含まれる元素のうちA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンとを含有するジルコニア微粒子分散液の水素イオン指数を4以上かつ7未満に調整することにより、前記ジルコニア微粒子を凝集させて三次元の網目状凝集構造体とし、次いで、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体を含む分散液の水素イオン指数を7以上に調整することにより、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体の表面に前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前駆体を析出させ、次いで、前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前記前駆体が析出したジルコニア微粒子凝集構造体を800℃以上かつ1300℃以下の温度にて熱処理することとしたので、ジルコニア微粒子の三次元の網目状骨格構造の表面にA1−x1−y3−δで表される酸化物を結合させた複合セラミックス材料を、容易かつ安価に作製することができる。 According to the method for producing a composite ceramic material of the present embodiment, zirconia fine particles composed of yttria-stabilized zirconia, and A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ (where A is La, Sm, and One or more elements selected from the group of Fe, B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni, C is one or two elements selected from the group of Co and Mn The seed element, D, is one or two elements selected from the group of Fe and Ni (however, different from A), 0.2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 1 or 2 or more selected from the group of A, B, C, and D among the elements contained in the oxide represented by ≦ δ ≦ 1 and containing constant oxygen defects when 0 <δ The hydrogen ion index of the zirconia fine particle dispersion containing the above ions is adjusted to 4 or more and less than 7 By aggregating the zirconia fine particles into a three-dimensional network aggregate structure, and then adjusting the hydrogen ion index of the dispersion containing the network aggregate structure composed of the zirconia fine particles to 7 or more. the the surface of the mesh-like aggregate structure consisting of zirconia fine the a 1-x B x C 1 -y D y O 3-δ oxide precursor to precipitate caused by heat treatment represented, then The zirconia fine particle aggregate structure in which the precursor produced by heat treatment of the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ is a temperature of 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. since it was decided to heat treatment at a composite canceller coupled an oxide represented by the surface of the three-dimensional reticulated skeleton structure of the zirconia fine particles a 1-x B x C 1 -y D y O 3-δ The box material, can be easily and inexpensively manufactured.

本実施形態の固体酸化物形燃料電池によれば、本実施形態の複合セラミックス材料を空気極の電極材料としたので、三相界面量が多く、ジルコニア骨格由来のイオン導電性、ジルコニアの骨格に沿ったA1−x1−y3−δで表される酸化物のネットワーク由来の高い電子伝導性を持つことから、SOFCの空気極反応である酸素の還元による酸素イオンの生成を効率化でき、SOFCの出力特性を向上させることができる。 According to the solid oxide fuel cell of the present embodiment, since the composite ceramic material of the present embodiment is an electrode material for the air electrode, the amount of three-phase interface is large, and the ionic conductivity derived from the zirconia skeleton, the zirconia skeleton O 1 by reduction of oxygen, which is the air electrode reaction of SOFC, because it has high electron conductivity derived from the oxide network represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ Can be made more efficient, and SOFC output characteristics can be improved.

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.

「実施例1」
分散平均粒子径が4nmの8.5mol%イットリア安定化ジルコニア(8.5YSZ)分散液(8.5YSZの固形分濃度:2.56質量%、pH:3.3)312.5gに、La0.8Sr0.2MnOの組成となるように硝酸ランタン〔La(NO・6HO〕12.46g、硝酸ストロンチウム〔Sr(NO〕1.54g、硝酸マンガン〔Mn(NO・6HO〕13.02gを純水407.2gに溶解し、硝酸によってpH2.0に調整したLa、Sr及びMnの金属塩水溶液を加えて攪拌し、La、Sr及びMnのイオン含有8.5mol%イットリア安定化ジルコニア(LSM−8.5YSZ)分散液(pH:2.70)を作製した。
"Example 1"
Dispersion average particle diameter of 4 nm 8.5 mol% yttria-stabilized zirconia (8.5YSZ) dispersion (solid content concentration of 8.5YSZ: 2.56 wt%, pH: 3.3) in 312.5 g, La 0 .8 Sr 0.2 MnO 3 to have a composition of lanthanum nitrate [La (NO 3 ) 3 .6H 2 O] 12.46 g, strontium nitrate [Sr (NO 3 ) 2 ] 1.54 g, manganese nitrate [Mn (NO 3) the 2 · 6H 2 O] 13.02g was dissolved in pure water 407.2G, La adjusted to pH2.0 with nitric acid, by adding a metal salt aqueous solution of Sr and Mn stirring, La, Sr, and An Mn ion-containing 8.5 mol% yttria-stabilized zirconia (LSM-8.5YSZ) dispersion (pH: 2.70) was prepared.

次いで、このLSM−8.5YSZ分散液に、28〜30%アンモニア水を添加し、この分散液のpHを5.0に調整し、溶液A−1を得た。
次いで、0.4mol/L炭酸水素アンモニウム(NHHCO)水溶液を溶液A−1に滴下し、この溶液A−1のpHを8に調整し、溶液B−1を得た。
Subsequently, 28-30% ammonia water was added to this LSM-8.5YSZ dispersion, and the pH of this dispersion was adjusted to 5.0 to obtain Solution A-1.
Next, a 0.4 mol / L aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate (NH 4 HCO 3 ) was dropped into the solution A-1, the pH of the solution A-1 was adjusted to 8, and a solution B-1 was obtained.

次いで、濾過洗浄装置を用いて、上記の溶液B−1から固形分を分離し、この固形分を4回水洗して不純物イオンを除去し、次いでエタノールにて溶媒置換を行い、その後、乾燥機中、80℃にて24時間乾燥した。次いで、得られた乾燥物を乳鉢で粉砕し、電気炉にて1000℃にて6時間熱処理し、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)の表面にLa0.8Sr0.2MnO(LSM)を結合させた複合セラミックス粉体C−1を得た。
この複合セラミックス粉体C−1中のLa、Sr、Mn、Y及びZrの質量を蛍光X線分析により測定し、この測定結果に基づきLa0.8Sr0.2MnO(LSM)とイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との質量比を算出した。その結果、質量比(LSM:YSZ)は46:54であった。
Next, the solid content is separated from the solution B-1 using a filtration and washing device, the solid content is washed with water four times to remove impurity ions, and then the solvent is replaced with ethanol. It was dried at 80 ° C. for 24 hours. Next, the obtained dried product was pulverized in a mortar and heat treated at 1000 ° C. for 6 hours in an electric furnace, and La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 (LSM) was applied to the surface of yttria-stabilized zirconia (YSZ). The combined composite ceramic powder C-1 was obtained.
The masses of La, Sr, Mn, Y and Zr in the composite ceramic powder C-1 were measured by fluorescent X-ray analysis, and La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 (LSM) and yttria were measured based on the measurement results. The mass ratio with stabilized zirconia (YSZ) was calculated. As a result, the mass ratio (LSM: YSZ) was 46:54.

次いで、酸化ニッケル(日興リカ製;TYPE−F)0.98g、およびイットリア安定化ジルコニア(東ソー製;TZ−8YS)0.52g、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、酸化ニッケル−イットリア安定化ジルコニアペーストを作製した。次いで、このペーストを、厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板上にスクリーン印刷にて塗布し、その後、1350℃にて2時間焼成し、8YSZ基板上に燃料極を形成した。   Next, nickel oxide (Nikko Rica; TYPE-F) 0.98 g, yttria stabilized zirconia (Tosoh; TZ-8YS) 0.52 g, polyethylene glycol (molecular weight: 400) 0.5 g and ethanol 10 g in a ball mill. Then, this mixed solution was heated to 80 ° C. to evaporate and remove ethanol to prepare a nickel oxide-yttria stabilized zirconia paste. Next, this paste was applied by screen printing onto an 8 mol% yttria stabilized zirconia (8YSZ) substrate having a thickness of 300 μm, and then fired at 1350 ° C. for 2 hours to form a fuel electrode on the 8YSZ substrate.

次いで、前記複合セラミックス粉体C−1の1.5gを、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、LSMペーストを作製した。次いで、このLSMペーストを、厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板上にスクリーン印刷にて塗布し、その後、1100℃にて2時間焼成し、8YSZ基板上に空気極D−1を形成した。さらに、この8YSZ基板の側面に白金線を巻き付け、参照極とした。   Next, 1.5 g of the composite ceramic powder C-1 was mixed with 0.5 g of polyethylene glycol (molecular weight: 400) and 10 g of ethanol in a ball mill, and then this mixed solution was heated to 80 ° C. to obtain ethanol. Was removed by evaporation to prepare an LSM paste. Next, this LSM paste was applied by screen printing onto an 8 mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ) substrate having a thickness of 300 μm, and then baked at 1100 ° C. for 2 hours, and an air electrode D-1 was formed on the 8YSZ substrate. Formed. Further, a platinum wire was wound around the side surface of the 8YSZ substrate to form a reference electrode.

次いで、この空気極の電極反応抵抗を、図1に示す電気化学特性評価装置を用いて測定した。ここでは、空気極と参照極に乾燥空気を、また燃料極に3%HO−97%Hの組成の加湿水素ガスを、それぞれ50mL/分の流量にて供給し、燃料極を対極とし、参照極−空気極間の交流インピーダンスを測定することにより、空気極の電極反応抵抗を評価した。なお、測定温度は800℃とし、測定周波数は10kHz〜0.1Hzとした。測定の結果、空気極の電極反応抵抗は190mΩ・cmであった。 Subsequently, the electrode reaction resistance of this air electrode was measured using the electrochemical property evaluation apparatus shown in FIG. Here, dry air is supplied to the air electrode and the reference electrode, and humidified hydrogen gas having a composition of 3% H 2 O-97% H 2 is supplied to the fuel electrode at a flow rate of 50 mL / min. The electrode reaction resistance of the air electrode was evaluated by measuring the AC impedance between the reference electrode and the air electrode. The measurement temperature was 800 ° C., and the measurement frequency was 10 kHz to 0.1 Hz. As a result of the measurement, the electrode reaction resistance of the air electrode was 190 mΩ · cm 2 .

図2は、上部が実施例1の空気極D−1を示す透過型電子顕微鏡(TEM)像、下部がエネルギー分散型X線分光装置(EDX)により得られた実施例1の空気極D−1をの元素分布を示す図である。
図2によれば、200nm程度のイットリア安定化ジルコニア(YSZ)粒子が凝集して三次元の網目状構造となっており、この網目状構造の表面にLa0.85Sr0.15MnO(LSM)が結合することにより、La、Sr及びMnとYSZが絡み合った構造となっていることが分かる。
FIG. 2 shows a transmission electron microscope (TEM) image showing the air electrode D-1 of Example 1 in the upper part, and the air electrode D- of Example 1 obtained by the energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) in the lower part. 1 is a diagram showing an element distribution of 1. FIG.
According to FIG. 2, yttria-stabilized zirconia (YSZ) particles of about 200 nm are aggregated to form a three-dimensional network structure. La 0.85 Sr 0.15 MnO 3 ( LSM) can be seen to have a structure in which La, Sr, Mn and YSZ are intertwined.

「実施例2」
分散平均粒子径が6.5nmの8.5mol%イットリア安定化ジルコニア(8.5YSZ)分散液(8.5YSZの固形分濃度:2.56質量%、pH:3.3)312.5gに、La0.8Sr0.2MnOの組成となるように硝酸ランタン〔La(NO・6HO〕12.46g、硝酸ストロンチウム〔Sr(NO〕1.54g、硝酸マンガン〔Mn(NO・6HO〕13.02gを純水407.2gに溶解し、硝酸によってpH2.0に調整したLa、Sr及びMnの金属塩水溶液を加えて攪拌し、La、Sr及びMnのイオン含有8.5mol%イットリア安定化ジルコニア(LSM−8.5YSZ)分散液(pH:2.70)を作製した。
"Example 2"
To 312.5 g of an 8.5 mol% yttria-stabilized zirconia (8.5 YSZ) dispersion (8.5 YSZ solid content concentration: 2.56 mass%, pH: 3.3) having a dispersion average particle size of 6.5 nm, Lanthanum nitrate [La (NO 3 ) 3 .6H 2 O] 12.46 g, strontium nitrate [Sr (NO 3 ) 2 ] 1.54 g, manganese nitrate to have a composition of La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 Dissolve 13.02 g of [Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O] in 407.2 g of pure water, add an aqueous solution of La, Sr, and Mn metal salts adjusted to pH 2.0 with nitric acid, and stir La, A 8.5 mol% yttria-stabilized zirconia (LSM-8.5YSZ) dispersion (pH: 2.70) containing ions of Sr and Mn was prepared.

次いで、このLSM−8.5YSZ分散液に、28〜30%アンモニア水を添加し、この分散液のpHを5.0に調整し、溶液A−2を得た。
次いで、0.4mol/L炭酸水素アンモニウム(NHHCO)水溶液を溶液A−2に滴下し、この溶液A−2のpHを8に調整し、溶液B−2を得た。
Next, 28-30% ammonia water was added to this LSM-8.5YSZ dispersion, and the pH of this dispersion was adjusted to 5.0 to obtain Solution A-2.
Next, a 0.4 mol / L aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate (NH 4 HCO 3 ) was added dropwise to the solution A-2, and the pH of the solution A-2 was adjusted to 8 to obtain a solution B-2.

次いで、濾過洗浄装置を用いて、上記の溶液B−2から固形分を分離し、この固形分を4回水洗して不純物イオンを除去し、次いでエタノールにて溶媒置換を行い、その後、乾燥機中、80℃にて24時間乾燥した。次いで、得られた乾燥物を乳鉢で粉砕し、電気炉にて800℃にて6時間熱処理し、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)の表面にLa0.8Sr0.2MnO(LSM)を結合させた複合セラミックス粉体C−2を得た。
この複合セラミックス粉体C−2中のLa、Sr、Mn、Y及びZrの質量を蛍光X線分析により測定し、この測定結果に基づきLa0.8Sr0.2MnO(LSM)とイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との質量比を算出した。その結果、質量比(LSM:YSZ)は48:52であった。
Next, the solid content is separated from the solution B-2 using a filtration and washing device, this solid content is washed with water four times to remove impurity ions, and then the solvent is replaced with ethanol. It was dried at 80 ° C. for 24 hours. Next, the obtained dried product was pulverized in a mortar and heat-treated at 800 ° C. for 6 hours in an electric furnace, and La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 (LSM) was applied to the surface of yttria-stabilized zirconia (YSZ). A combined composite ceramic powder C-2 was obtained.
The masses of La, Sr, Mn, Y, and Zr in this composite ceramic powder C-2 were measured by fluorescent X-ray analysis, and La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 (LSM) and yttria were measured based on the measurement results. The mass ratio with stabilized zirconia (YSZ) was calculated. As a result, the mass ratio (LSM: YSZ) was 48:52.

次いで、酸化ニッケル(日興リカ製;TYPE−F)0.98g、およびイットリア安定化ジルコニア(東ソー製;TZ−8YS)0.52g、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、酸化ニッケル−イットリア安定化ジルコニアペーストを作製した。次いで、このペーストを、厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板上にスクリーン印刷にて塗布し、その後、1350℃にて2時間焼成し、8YSZ基板上に燃料極を形成した。   Next, nickel oxide (Nikko Rica; TYPE-F) 0.98 g, yttria stabilized zirconia (Tosoh; TZ-8YS) 0.52 g, polyethylene glycol (molecular weight: 400) 0.5 g and ethanol 10 g in a ball mill. Then, this mixed solution was heated to 80 ° C. to evaporate and remove ethanol to prepare a nickel oxide-yttria stabilized zirconia paste. Next, this paste was applied by screen printing onto an 8 mol% yttria stabilized zirconia (8YSZ) substrate having a thickness of 300 μm, and then fired at 1350 ° C. for 2 hours to form a fuel electrode on the 8YSZ substrate.

次いで、前記複合セラミックス粉体C−2の1.5gを、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、LSMペーストを作製した。次いで、このLSMペーストを、厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板上にスクリーン印刷にて塗布し、その後、1100℃にて2時間焼成し、8YSZ基板上に空気極D−2を形成した。さらに、この8YSZ基板の側面に白金線を巻き付け、参照極とした。   Next, 1.5 g of the composite ceramic powder C-2 was mixed with 0.5 g of polyethylene glycol (molecular weight: 400) and 10 g of ethanol in a ball mill, and then this mixed solution was heated to 80 ° C. to obtain ethanol. Was removed by evaporation to prepare an LSM paste. Next, this LSM paste was applied by screen printing onto an 8 mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ) substrate having a thickness of 300 μm, and then baked at 1100 ° C. for 2 hours, and an air electrode D-2 was formed on the 8YSZ substrate. Formed. Further, a platinum wire was wound around the side surface of the 8YSZ substrate to form a reference electrode.

次いで、この空気極の電極反応抵抗を、図1に示す電気化学特性評価装置を用いて測定した。ここでは、空気極と参照極に乾燥空気を、また燃料極に3%HO−97%Hの組成の加湿水素ガスを、それぞれ50mL/分の流量にて供給し、燃料極を対極とし、参照極−空気極間の交流インピーダンスを測定することにより、空気極の電極反応抵抗を評価した。なお、測定温度は800℃とし、測定周波数は10kHz〜0.1Hzとした。測定の結果、空気極の電極反応抵抗は230mΩ・cmであった。 Subsequently, the electrode reaction resistance of this air electrode was measured using the electrochemical property evaluation apparatus shown in FIG. Here, dry air is supplied to the air electrode and the reference electrode, and humidified hydrogen gas having a composition of 3% H 2 O-97% H 2 is supplied to the fuel electrode at a flow rate of 50 mL / min. The electrode reaction resistance of the air electrode was evaluated by measuring the AC impedance between the reference electrode and the air electrode. The measurement temperature was 800 ° C., and the measurement frequency was 10 kHz to 0.1 Hz. As a result of the measurement, the electrode reaction resistance of the air electrode was 230 mΩ · cm 2 .

図3は、空気極D−2を示す走査型電子顕微鏡(SEM)像である。
図3によれば、200nm程度の微細な粒子が凝集して三次元の網目状構造を形成していることが分かる。
FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the air electrode D-2.
As can be seen from FIG. 3, fine particles of about 200 nm aggregate to form a three-dimensional network structure.

「比較例1」
結晶子径が35nmの8.5mol%イットリア安定化ジルコニア(8.5YSZ)粉末0.75gと結晶子径22nmのLSM粉末(AGCセイミケミカル社製,La0.85Sr0.15MnO)0.75gの計1.5gを、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、LSM−イットリア安定化ジルコニアペーストを作製した。
次いで、実施例1のようにスクリーン印刷にて塗布し、その後、1350℃にて2時間焼成し、厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア基板上に燃料極を形成した反対面に、LSM−イットリア安定化ジルコニアペーストをスクリーン印刷にて塗布した。まず、1150℃で2時間熱処理したところ、十分に焼結しなかったため、1200℃にて2時間焼成し、空気極D−3を形成した。
"Comparative Example 1"
0.75 g of 8.5 mol% yttria-stabilized zirconia (8.5YSZ) powder having a crystallite diameter of 35 nm and LSM powder having a crystallite diameter of 22 nm (La 0.85 Sr 0.15 MnO 3 manufactured by AGC Seimi Chemical Co.) 0 A total of 1.5 g of .75 g was mixed with 0.5 g of polyethylene glycol (molecular weight: 400) and 10 g of ethanol in a ball mill, and then this mixed solution was heated to 80 ° C. to evaporate and remove ethanol. A yttria-stabilized zirconia paste was prepared.
Next, it was applied by screen printing as in Example 1, and then baked at 1350 ° C. for 2 hours. On the opposite surface of the fuel electrode formed on the 8 mol% yttria-stabilized zirconia substrate having a thickness of 300 μm, LSM-yttria Stabilized zirconia paste was applied by screen printing. First, when it was heat-treated at 1150 ° C. for 2 hours, it did not sinter sufficiently, so it was fired at 1200 ° C. for 2 hours to form an air electrode D-3.

次いで、実施例1に準じて参照極を作製した。空気極の電極反応抵抗を、実施例1に準じて測定した。測定の結果、燃料極の電極反応抵抗は900mΩ・cmであった。
図4は、比較例1の空気極D−3を示す走査型電子顕微鏡(SEM)像である。
図4によれば、粒子が500nm程度に粗大化していることが分かる。
Next, a reference electrode was produced according to Example 1. The electrode reaction resistance of the air electrode was measured according to Example 1. As a result of the measurement, the electrode reaction resistance of the fuel electrode was 900 mΩ · cm 2 .
FIG. 4 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the air electrode D-3 of Comparative Example 1.
FIG. 4 shows that the particles are coarsened to about 500 nm.

「比較例2」
市販の8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ、東ソー社製;TZ−8YS)8.0gをpH3.3の希硝酸304.5gに加え、超音波ホモジナイザを用いて分散させ、分散液を作製した(8YSZの固形分濃度:2.56質量%)。この分散液中のイットリア安定化ジルコニア粉末の分散平均粒子径は、120nmであった。この分散液に、La0.8Sr0.2MnOの組成となるように硝酸ランタン〔La(NO・6HO〕12.46g、硝酸ストロンチウム〔Sr(NO〕1.54g、硝酸マンガン〔Mn(NO・6HO〕13.02gを純水407.2gに溶解し、硝酸によってpH2.0に調整したLa、Sr及びMnの金属塩水溶液を加えて攪拌し、La、Sr及びMnのイオン含有8.5mol%イットリア安定化ジルコニア(LSM−8.5YSZ)分散液(pH:2.80)を作製した。
"Comparative Example 2"
8.0 g of commercially available 8 mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ, manufactured by Tosoh Corporation; TZ-8YS) was added to 304.5 g of dilute nitric acid having a pH of 3.3 and dispersed using an ultrasonic homogenizer to prepare a dispersion ( 8YSZ solid content concentration: 2.56% by mass). The dispersion average particle diameter of the yttria-stabilized zirconia powder in this dispersion was 120 nm. To this dispersion, La 0.8 Sr 0.2 lanthanum nitrate so as to have the composition of MnO 3 [La (NO 3) 3 · 6H 2 O ] 12.46 g, strontium nitrate [Sr (NO 3) 2] 1 .54 g, manganese nitrate [Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O] 13.02 g was dissolved in 407.2 g of pure water, and a metal salt aqueous solution of La, Sr and Mn adjusted to pH 2.0 with nitric acid was added. The mixture was stirred to prepare an 8.5 mol% yttria-stabilized zirconia (LSM-8.5YSZ) dispersion (pH: 2.80) containing La, Sr and Mn ions.

次いで、このLSM−8.5YSZ分散液に、28〜30%アンモニア水を添加し、この分散液のpHを8.0に調整し、溶液B−4を得た。   Next, 28-30% aqueous ammonia was added to the LSM-8.5YSZ dispersion, and the pH of the dispersion was adjusted to 8.0 to obtain Solution B-4.

次いで、濾過洗浄装置を用いて、上記の溶液B−4から固形分を分離し、この固形分を4回水洗して不純物イオンを除去し、次いでエタノールにて溶媒置換を行い、その後、乾燥機中、80℃にて24時間乾燥した。次いで、得られた乾燥物を乳鉢で粉砕し、電気炉にて1000℃にて6時間熱処理し、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)の表面にLa0.8Sr0.2MnO(LSM)を結合させた複合セラミックス粉体C−4を得た。
この複合セラミックス粉体C−4中のLa、Sr、Mn、Y及びZrの質量を蛍光X線分析により測定し、この測定結果に基づきLa0.8Sr0.2MnO(LSM)とイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との質量比を算出した。その結果、質量比(LSM:YSZ)は48:52であった。
Next, using a filtration washing apparatus, the solid content is separated from the solution B-4. The solid content is washed with water four times to remove impurity ions, and then the solvent is replaced with ethanol. It was dried at 80 ° C. for 24 hours. Next, the obtained dried product was pulverized in a mortar and heat treated at 1000 ° C. for 6 hours in an electric furnace, and La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 (LSM) was applied to the surface of yttria-stabilized zirconia (YSZ). The combined composite ceramic powder C-4 was obtained.
The masses of La, Sr, Mn, Y and Zr in this composite ceramic powder C-4 were measured by fluorescent X-ray analysis. Based on the measurement results, La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 (LSM) and yttria were measured. The mass ratio with stabilized zirconia (YSZ) was calculated. As a result, the mass ratio (LSM: YSZ) was 48:52.

次いで、上記の粉体を用いて、実施例1に準じて空気極、燃料極及び参照極を作製した。
次いで、この空気極の電極反応抵抗を、実施例1に準じて測定した。測定の結果、燃料極の電極反応抵抗は750mΩ・cmであった。
図5は、比較例1の空気極D−3を示す走査型電子顕微鏡(SEM)像である。
図5によれば、粒子が600ないし800nm程度に粗大化していることが分かる。
Next, an air electrode, a fuel electrode, and a reference electrode were produced according to Example 1 using the above powder.
Subsequently, the electrode reaction resistance of this air electrode was measured according to Example 1. As a result of the measurement, the electrode reaction resistance of the fuel electrode was 750 mΩ · cm 2 .
FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the air electrode D-3 of Comparative Example 1.
FIG. 5 shows that the particles are coarsened to about 600 to 800 nm.

本発明の複合セラミックス材料は、イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合して三次元の網目状骨格構造とされ、この網目状骨格構造の表面に、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)にて表される酸化物を結合させたことにより、ジルコニア粒子及びA1−x1−y3−δで表される酸化物の分布性、組成制御性に優れ、しかも三相界面が多く、電子伝導性に優れた複合セラミックス粉体としたものであるから、固体酸化物形燃料電池及びそれに関するさまざまな工業分野においてもその利用可能性は大である。 In the composite ceramic material of the present invention, zirconia particles made of yttria-stabilized zirconia are combined to form a three-dimensional network skeleton structure. A 1-x B x C 1-y D is formed on the surface of the network skeleton structure. y O 3-δ (wherein A is one or more elements selected from the group of La, Sm and Fe, B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni, C is one or two elements selected from the group of Co and Mn, D is one or two elements selected from the group of Fe and Ni (however, different from A); 2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1, and a constant vacancy is contained when 0 <δ), whereby zirconia particles are bonded distribution of and a 1-x B x C 1 -y D y O oxide represented by 3-[delta], the composition system This is a composite ceramic powder that has excellent electrical properties, has many three-phase interfaces, and has excellent electronic conductivity. Therefore, it can be used in solid oxide fuel cells and various industrial fields. is there.

1 電解質
2 参照極
3 空気極
4 燃料極
5 白金網
6 ガラスシール
7、8 アルミナ管
9 白金線
10 乾燥空気
11 加湿水素ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolyte 2 Reference electrode 3 Air electrode 4 Fuel electrode 5 Platinum net 6 Glass seal 7, 8 Alumina tube 9 Platinum wire 10 Dry air 11 Humidified hydrogen gas

Claims (6)

イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア粒子が結合して三次元の網目状骨格構造とされ、この網目状骨格構造の表面に、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)にて表される酸化物が結合してなることを特徴とする複合セラミックス材料。 Zirconia particles made of yttria-stabilized zirconia are combined to form a three-dimensional network skeleton structure, and A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ (wherein , A is one or more elements selected from the group of La, Sm and Fe, B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni, and C is from the group of Co and Mn One or two elements selected, D is one or two elements selected from the group of Fe and Ni (however, different from A), 0.2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1, and an oxide represented by the formula (containing a constant oxygen defect when 0 <δ). 前記ジルコニア粒子の平均粒子径は10nm以上かつ400nm以下であることを特徴とする請求項1記載の複合セラミックス材料。   2. The composite ceramic material according to claim 1, wherein the zirconia particles have an average particle diameter of 10 nm or more and 400 nm or less. 前記ジルコニア粒子の質量(WYSZ)に対する前記A1−x1−y3−δの質量(WABCD)の比(WABCD/WYSZ)は、5/95以上かつ95/5以下であることを特徴とする請求項1または2記載の複合セラミックス材料。 The ratio (W ABCD / W YSZ ) of the mass (W ABCD ) of the A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ to the mass (W YSZ ) of the zirconia particles is 5/95 or more and 95 The composite ceramic material according to claim 1 or 2, wherein the composite ceramic material is / 5 or less. イットリア安定化ジルコニアからなるジルコニア微粒子と、A1−x1−y3−δ(式中、AはLa、Sm及びFeの群から選択される1種または2種以上の元素、BはSr及びNiの群から選択される1種または2種の元素、CはCo及びMnの群から選択される1種または2種の元素、DはFe及びNiの群から選択される1種または2種の元素(但し、Aとは異なる)であり、0.2≦x≦0.9、0≦y≦1、0≦δ≦1であり、0<δの時一定の酸素欠陥を含有)で表される酸化物に含まれる元素のうちA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上のイオンとを含有するジルコニア微粒子分散液の水素イオン指数を4以上かつ7未満に調整することにより、前記ジルコニア微粒子を凝集させて三次元の網目状凝集構造体とし、次いで、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体を含む分散液の水素イオン指数を7以上に調整することにより、前記ジルコニア微粒子からなる前記網目状凝集構造体の表面に前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前駆体を析出させ、次いで、前記A1−x1−y3−δで表される酸化物を加熱処理により生じる前記前駆体が析出したジルコニア微粒子凝集構造体を800℃以上かつ1300℃以下の温度にて熱処理し、前記ジルコニア微粒子凝集構造体を形成する前記ジルコニア微粒子を焼結させて得られる三次元のジルコニア粒子の網目状骨格構造の表面に前記A1−x1−y3−δで表される酸化物が結合した複合セラミックス材料を生成することを特徴とする複合セラミックス材料の製造方法。 And zirconia fine particles made of yttria-stabilized zirconia, A in 1-x B x C 1- y D y O 3-δ ( wherein, A is La, 1 or more kinds of selected from the group consisting of Sm and Fe Element, B is one or two elements selected from the group of Sr and Ni, C is one or two elements selected from the group of Co and Mn, D is selected from the group of Fe and Ni 1 or 2 elements (but different from A), 0.2 ≦ x ≦ 0.9, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ δ ≦ 1, and constant when 0 <δ Hydrogen ion index of zirconia fine particle dispersion containing one or more ions selected from the group of A, B, C and D among the elements contained in the oxide represented by (containing oxygen defects) Is adjusted to 4 or more and less than 7 to agglomerate the zirconia fine particles to form a three-dimensional And then adjusting the hydrogen ion index of the dispersion containing the network aggregate structure composed of the zirconia fine particles to 7 or more to thereby form the network aggregate structure composed of the zirconia microparticles. A precursor produced by heat treatment of the oxide represented by the A 1-x B x C 1-y D y O 3-δ is deposited on the surface, and then the A 1-x B x C 1-y D The zirconia fine particle aggregate structure in which the precursor produced by heat treatment of the oxide represented by y 2 O 3 -δ is heat-treated at a temperature of 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower to form the zirconia fine particle aggregate structure. wherein a 1-x B x C 1 -y D y O oxide represented by 3-[delta] on the surface of the reticulated skeleton structure of the zirconia fine three-dimensional zirconia particles obtained by sintering the bond The method of producing a composite ceramic material and generating a composite ceramic material. 前記ジルコニア微粒子分散液におけるジルコニア微粒子の分散平均粒子径は0.1nm以上かつ30nm以下であることを特徴とする請求項4記載の複合セラミックス材料の製造方法。   5. The method for producing a composite ceramic material according to claim 4, wherein a dispersion average particle diameter of the zirconia fine particles in the zirconia fine particle dispersion is 0.1 nm or more and 30 nm or less. 請求項1または2記載の複合セラミックス材料を空気極材料としたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。   A solid oxide fuel cell comprising the composite ceramic material according to claim 1 or 2 as an air electrode material.
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