JP5604437B2 - 金属酸化物ゾルの調製方法、前記ゾルを用いる金属酸化物薄膜の調製方法及び前記薄膜を含む固体酸化物燃料電池 - Google Patents
金属酸化物ゾルの調製方法、前記ゾルを用いる金属酸化物薄膜の調製方法及び前記薄膜を含む固体酸化物燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5604437B2 JP5604437B2 JP2011532008A JP2011532008A JP5604437B2 JP 5604437 B2 JP5604437 B2 JP 5604437B2 JP 2011532008 A JP2011532008 A JP 2011532008A JP 2011532008 A JP2011532008 A JP 2011532008A JP 5604437 B2 JP5604437 B2 JP 5604437B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal oxide
- ysz
- thin film
- oxide
- dispersion
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims description 71
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims description 71
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 48
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 8
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 108
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 47
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 43
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 38
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims description 27
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 19
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N gallic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 14
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 13
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910021523 barium zirconate Inorganic materials 0.000 claims description 11
- DQBAOWPVHRWLJC-UHFFFAOYSA-N barium(2+);dioxido(oxo)zirconium Chemical compound [Ba+2].[O-][Zr]([O-])=O DQBAOWPVHRWLJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 102000011842 Serrate-Jagged Proteins Human genes 0.000 claims description 9
- 108010036039 Serrate-Jagged Proteins Proteins 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims description 7
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 5
- 238000004110 electrostatic spray deposition (ESD) technique Methods 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YZKBALIHPXZPKY-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Sr] Chemical compound [Mn].[Sr] YZKBALIHPXZPKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N samarium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 2
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 claims description 2
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005118 spray pyrolysis Methods 0.000 claims description 2
- OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N zirconium nitrate Chemical compound [Zr+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2-phenyl-1,3-thiazole-5-sulfonyl chloride Chemical compound S1C(S(Cl)(=O)=O)=C(C)N=C1C1=CC=CC=C1 NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 241000357643 Gadoria Species 0.000 claims 2
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims 2
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 23
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 3
- -1 oxygen ion Chemical class 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 229940028356 diethylene glycol monobutyl ether Drugs 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N oxolane-2,4-dione Chemical compound O=C1COC(=O)C1 JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QBAZWXKSCUESGU-UHFFFAOYSA-N yttrium(3+);trinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Y+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QBAZWXKSCUESGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IPCAPQRVQMIMAN-UHFFFAOYSA-L zirconyl chloride Chemical compound Cl[Zr](Cl)=O IPCAPQRVQMIMAN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- DUFCMRCMPHIFTR-UHFFFAOYSA-N 5-(dimethylsulfamoyl)-2-methylfuran-3-carboxylic acid Chemical compound CN(C)S(=O)(=O)C1=CC(C(O)=O)=C(C)O1 DUFCMRCMPHIFTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910021526 gadolinium-doped ceria Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N scandium oxide Chemical compound O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
- H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
- H01M8/1253—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing zirconium oxide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明は、ゾルゲル法を用いる金属酸化物薄膜構造を製造するための方法と、金属酸化物薄膜を含む固体酸化物燃料電池(SOFC)に関するものである。
固体酸化物燃料電池(SOFC)は、空気極(カソード)、燃料極(アノード)及び電解質を含み、ここにおいて電解質はSOFCの性能に影響を及ぼす最も重要な成分である。
従って、本発明の目的は、ゾルゲル法を用いて多孔質基板上に金属酸化物薄膜を調製する方法であって、それにより低温度法で安定な微細構造を容易に調製することが可能な方法を提供することである。
本発明は、金属酸化物粉末分散ゾルを調製する方法を提供し、方法は、(1)酸化ジルコニウム、酸化セリウム、ランタンガレート、バリウムセラート、ジルコン酸バリウム、酸化ビスマス、及びそれらにドープのなされた形態よりなる群から選択される第1の金属酸化物が水性もしくは有機の溶媒に分散または混合した分散液または混合液を調製する工程と、(2)酸化ジルコニウム、酸化セリウム、ランタンガレート、バリウムセラート、ジルコン酸バリウム、酸化ビスマス、及びそれらにドープのなされた形態よりなる群から選択される第2の金属酸化物のナノ粉末を、前記分散液または混合液に分散させる工程とを含む。
以下の実施例は、発明を説明することを意図したものであり、しかしながら、これらの実施例は発明の範囲を制限するために解釈はされない。
YSZ薄膜構造は、以下の方法により調製され、図1に概略的に示された。
a)分散溶液を形成するため、溶媒としてエタノール、溶媒及び乾燥調整剤としてDMF(C3H7NO)、及びキレート剤としてアセチルアセトナト(C5H8O2)が体積比率30:40:30(%)で混合され、その後、室温で30分攪拌された。
結着剤として8重量%のジ−n−フタル酸ブチル(DBP)及び分散剤として1.3重量%のKD−1(Hypermer,オランダ(Netherland))を、NiO−YSZ粉末(TOSOH社)に添加し、そしてその後、スラリーを得るために室温で1日間ボールミルが施された。それから、0.4mmの厚さを有するNiO−YSZ基板を得るために、スラリーを、Korea Advanced Institute of Science and Technology製のテープキャスタ(tape caster)に通過させた。得られたNiO−YSZ基板は、YSZ粉末分散ゾル及び工程1−1で得られたYSZ塩溶液で以下の工程に従ってスピンコートがなされた。
ii)5重量%YSZ粉末分散ゾルでスピンコーティング;及び
iii)YSZ塩溶液(2mol/L)でスピンコーティング。
2−1.YSZ粉末分散ゾルの調製
第1の塩溶液を得るため、3.3gの硝酸イットリウム六水和物(Y(NO3)3・6H2O)及び20.49gの塩化ジルコニル(IV)八水和物(ZrOCl2・8H2O)が、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エタノール及び水が40:40:20(%)の体積比率で混合された混合溶媒に溶解された後、キレート剤として20重量%のアセチルアセトンがそれに添加された。
工程2−1で得られたYSZ粉末分散ゾルを、実施例1と同様な方法で調製されたNiO−YSZの多孔質基板に、340℃の基板温度、14kVの電圧、基板と針との距離が10cm、流量が0.5mL/h、40分間の条件の静電放電(ESD)を用いることにより、析出させた。
3−1 YSZ薄膜構造の調製
1μmの厚さを有するYSZ薄膜が基板に形成されている第1の構造が、スピンコーティングが以下の工程で行われることを除き、実施例1と同様にして調製された。
ii)5重量%YSZ粉末分散ゾルで1回スピンコーティング;
iii)YSZ塩溶液(2mol/L)で2回スピンコーティング;及び
iv)YSZ塩溶液(1mol/L)で2回スピンコーティング。
ii)2.5重量%YSZ粉末分散ゾルで1回スピンコーティング;
iii)YSZ塩溶液(2mol/L)で2回スピンコーティング;及び
iv)YSZ塩溶液(1mol/L)で2回スピンコーティング。
第1及び第2のYSZ薄膜構造それぞれは、2×2cmのサイズで裁断され、その後、電解質−カソード複合体として提供される。
実施例3で調製された1μmの厚さを有するYSZ薄膜及び比較例としてのNiO−YSZ基板は、空気中(Journal of Powder Sources,140:226−234(2005)参照)で多孔度計(Porous Materials Inc.,U.S.A.)を用いて測定が施された。
実施例3で調製された1μmの厚さを有するYSZ薄膜を含むSOFC単セルは、750℃での開回路電圧(OCV)の測定がなされ、その結果が図9Aに示される。さらに、実施例3で調製された0.5μmの厚さを有するYSZ薄膜を含むSOFC単セルは、650℃での開回路電圧(OCV)の測定がなされ、その結果が図9Bに示される。
Claims (20)
- (1)イットリウムの硝酸塩又は酢酸塩を含む溶液と、ジルコニウムの硝酸塩又は酢酸塩を含む溶液と、触媒とを混合することにより、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)が水性もしくは有機の溶媒に分散または混合した分散液または混合液を調製する工程と、
(2)酸化ジルコニウム、酸化セリウム、ランタンガレート、バリウムセラート、ジルコン酸バリウム、酸化ビスマス、及びそれらにドープのなされた形態よりなる群から選択される第2の金属酸化物のナノ粉末を、前記分散液または混合液に分散させる工程と
を含む、金属酸化物粉末分散ゾルを調製する方法。 - 第2の金属酸化物は、サマリア(samaria)がドープされた酸化セリウム(SDC)、ガドリア(gadolia)がドープされた酸化セリウム(GDC)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、酸化スカンジウム安定化ジルコニア(ScSZ)、ストロンチウムマンガンドープのランタンガレート(LSGM)、及び銀イットリアドープの酸化ビスマス(YDB)からなる群より選択される、請求項1の方法。
- 第2の金属酸化物は、YSZである、請求項1の方法。
- 前記ナノ粉末は、1〜990nmの平均粒子サイズを有する、請求項1の方法。
- 前記ナノ粉末は、金属酸化物粉末分散ゾルの総重量を基準として1〜50重量%の量で使用される、請求項1の方法。
- (1)イットリウムの硝酸塩又は酢酸塩を含む溶液と、ジルコニウムの硝酸塩又は酢酸塩を含む溶液と、触媒とを混合することにより、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)が水性もしくは有機の溶媒に分散または混合した分散液または混合液を調製する工程と、
(2)金属酸化物粉末分散ゾルを調製するため、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、ランタンガレート、バリウムセラート、ジルコン酸バリウム、酸化ビスマス、及びそれらにドープのなされた形態よりなる群から選択される第2の金属酸化物のナノ粉末を、前記分散液または混合液に分散させる工程と、
(3)金属酸化物粉末分散ゾルで多孔質基板を被覆する工程と、
(4)得られた基板を、工程(1)で調製された前記分散液または混合液で被覆する工程と、
(5)金属酸化物薄膜構造を調製するために得られた基板を焼成する工程と
を含む、金属酸化物薄膜構造を製造する方法。 - 様々な含有量を持つ、2又はそれ以上の金属酸化物粉末分散ゾルが工程(2)で調製され、かつ工程(3)で使用された多孔質基板がそれを用いて被覆される、請求項6の方法。
- 工程(1)において、YSZの濃度が異なる2又はそれ以上の前記分散液または混合液を調製し、かつ工程(4)において、基板はそれぞれの濃度の当該分散液または混合液で被覆される、請求項6の方法。
- 第2の金属酸化物は、サマリア(samaria)がドープされた酸化セリウム(SDC)、ガドリア(gadolia)がドープされた酸化セリウム(GDC)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、酸化スカンジウム安定化ジルコニア(ScSZ)、ストロンチウムマンガンドープのランタンガレート(LSGM)、及び銀イットリアドープの酸化ビスマス(YDB)からなる群より選択される、請求項6の方法。
- 第2の金属酸化物は、YSZである、請求項6の方法。
- 前記ナノ粉末は、1〜990nmの平均粒子サイズを有する、請求項6の方法。
- 前記ナノ粉末は、前記分散液または混合液に、金属酸化物粉末分散ゾルの総重量を基準として1〜50重量%の量で分散される、請求項6の方法。
- 工程(3)及び(4)における被覆は、スピンコーティング、浸漬、スプレー熱分解、静電塗装めっき(electro-static spray deposition)(ESD)、及びそれらの組み合わせよりなる群から選択される方法により行われる、請求項6の方法。
- 工程(3)又は(4)は、1回より多く繰り返される、請求項6の方法。
- 金属酸化物薄膜構造は、多孔質基板上に形成された0.1〜30μmの厚さを有する金属酸化物薄膜を有する、請求項6の方法。
- 工程(5)での焼成温度は、600℃あるいはそれ以上である、請求項6の方法。
- 多孔質基板は、多孔質金属セラミック複合体、多孔質セラミック絶縁体、多孔質金属複合体及び多孔質シリコン複合体からなる群より選択される、請求項6の方法。
- 多孔質基板は、多孔質アルミナから選択される、請求項6の方法。
- 請求項6〜18のいずれか1項記載の方法によって製造された金属酸化物薄膜構造。
- 請求項19の金属酸化物薄膜構造を含む固体酸化物燃料電池。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2008-0100491 | 2008-10-14 | ||
KR1020080100491A KR101075422B1 (ko) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | 금속 산화물 박막 구조체를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 금속 산화물 박막 구조체를 포함하는 고체산화물 연료전지 |
PCT/KR2009/004401 WO2010044538A1 (en) | 2008-10-14 | 2009-08-06 | Method for preparing metal oxide sol, method for preparing metal oxide thin film using said sol, and solid oxide fuel cell comprising said thin film |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012505820A JP2012505820A (ja) | 2012-03-08 |
JP2012505820A5 JP2012505820A5 (ja) | 2013-11-28 |
JP5604437B2 true JP5604437B2 (ja) | 2014-10-08 |
Family
ID=42099137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011532008A Expired - Fee Related JP5604437B2 (ja) | 2008-10-14 | 2009-08-06 | 金属酸化物ゾルの調製方法、前記ゾルを用いる金属酸化物薄膜の調製方法及び前記薄膜を含む固体酸化物燃料電池 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8383286B2 (ja) |
JP (1) | JP5604437B2 (ja) |
KR (1) | KR101075422B1 (ja) |
DE (1) | DE112009002480B4 (ja) |
WO (1) | WO2010044538A1 (ja) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010107228A2 (ko) | 2009-03-16 | 2010-09-23 | 한국과학기술연구원 | 기공 경사 구조의 나노 기공성 층을 포함하는 연료극 지지형 고체 산화물 연료 전지 및 그 제조 방법 |
US8859161B2 (en) | 2010-08-12 | 2014-10-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Proton conductive inorganic thin film, method of forming the same, and fuel cell including the proton conductive inorganic thin film |
GB2490869A (en) * | 2011-05-09 | 2012-11-21 | Univ Birmingham | Cathode ink |
JP5803775B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2015-11-04 | 三菱マテリアル株式会社 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
KR101396910B1 (ko) * | 2012-05-08 | 2014-05-20 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 산소센서 |
KR101335464B1 (ko) * | 2012-06-29 | 2013-11-29 | 한국과학기술연구원 | 산화 비스무스를 포함하는 세리아계 조성물, 세리아계 복합 전해질 분말 및 이를 이용한 소결 방법 및 소결체 |
KR101355965B1 (ko) * | 2012-07-02 | 2014-02-03 | 광주과학기술원 | 금속 나노분말을 연료로서 채용한 고체산화물 전해질 기반 금속-공기 연료전지 |
DE102014202718A1 (de) | 2014-02-14 | 2015-08-20 | Evonik Degussa Gmbh | Beschichtungszusammensetzung, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung |
CN104183871B (zh) * | 2014-07-14 | 2016-06-01 | 宁波大学 | 一种双组分固体电解质无层界面全固态薄膜电池及制备方法 |
EP3142179B1 (en) * | 2014-07-30 | 2019-02-27 | LG Chem, Ltd. | Method for manufacturing inorganic electrolyte membrane having improved compactness, composition for manufacturing inorganic electrolyte membrane, and inorganic electrolyte membrane manufactured using same |
KR101761995B1 (ko) | 2015-02-24 | 2017-07-28 | 한양대학교 산학협력단 | 아연이 도핑된 주석 산화물 박막의 제조 방법 |
KR102385044B1 (ko) | 2015-02-24 | 2022-04-12 | 한양대학교 산학협력단 | 전도성이 조절된 박막의 제조 방법 |
KR101802576B1 (ko) | 2015-04-01 | 2017-12-29 | 한양대학교 산학협력단 | 아연 산질화물을 포함하는 박막, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 트랜지스터 |
KR101925071B1 (ko) * | 2017-07-12 | 2018-12-04 | 대전대학교 산학협력단 | 이중층으로 코팅된 고밀도 세라믹 막 및 이의 제조방법 |
CN109867521B (zh) * | 2018-10-30 | 2021-05-28 | 清华大学 | 一种氧化物陶瓷薄膜二次修饰致密化的方法 |
CN112834085A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-25 | 襄阳臻芯传感科技有限公司 | 一种陶瓷电容式压力传感器的弹性薄基板及制作方法 |
CN116023133B (zh) * | 2021-10-26 | 2024-04-05 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 复合氧化锆粉体及其制备方法 |
KR20240083876A (ko) | 2022-12-01 | 2024-06-13 | 전남대학교산학협력단 | 치밀질 gdc확산방지층 형성용 조성물키트, 상기 조성물키트를 이용한 치밀질 gdc확산방지층 제조방법 및 상기 치밀질 gdc확산방지층을 포함하는 고체산화물 연료전지 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0891840A (ja) * | 1994-09-26 | 1996-04-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ジルコニア厚膜の製造方法 |
JPH08133739A (ja) * | 1994-11-08 | 1996-05-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ジルコニア膜の製造方法 |
JP4096435B2 (ja) * | 1998-01-19 | 2008-06-04 | 宇部興産株式会社 | ジルコニウム酸化物および薄膜の製造方法 |
JP4013347B2 (ja) | 1998-08-17 | 2007-11-28 | 住友電気工業株式会社 | ジルコニア薄膜の複合材料及びその製造方法 |
JP2000329729A (ja) | 1999-05-20 | 2000-11-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 複合固体電解質デバイス |
JP2005531885A (ja) * | 2002-04-23 | 2005-10-20 | フラウンホフェル−ゲゼルシャフト ツ−ル フォルダルング デル アンゲバンドテン フォルシュング エー.ファウ. | ナノ多孔性薄層電極と構造化電解質との複合物を含んでなる高温固体電解質燃料電池 |
SG107103A1 (en) * | 2002-05-24 | 2004-11-29 | Ntu Ventures Private Ltd | Process for producing nanocrystalline composites |
JP2004002094A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 酸化物薄膜及びその製造方法 |
JP4524791B2 (ja) | 2002-08-06 | 2010-08-18 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
RU2236722C1 (ru) * | 2003-06-10 | 2004-09-20 | Мятиев Ата Атаевич | Электрод-электролитная пара на основе двуокиси церия (варианты), способ ее изготовления (варианты) и органогель |
KR100648144B1 (ko) * | 2005-09-15 | 2006-11-24 | 한국과학기술연구원 | 고성능 연료극지지형 고체산화물 연료전지 |
KR100618129B1 (ko) * | 2006-01-11 | 2006-09-01 | (주) 개마텍 | 표면개질 산화물 오가노졸의 제조방법 |
KR100692642B1 (ko) * | 2006-04-21 | 2007-03-14 | 한국에너지기술연구원 | 고체산화물 연료전지 전해질용 이트리아 안정화 지르코니아졸의 제조 방법과 이를 이용한 전해질 박막의 형성 방법 |
-
2008
- 2008-10-14 KR KR1020080100491A patent/KR101075422B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-08-06 JP JP2011532008A patent/JP5604437B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2009-08-06 WO PCT/KR2009/004401 patent/WO2010044538A1/en active Application Filing
- 2009-08-06 DE DE112009002480.7T patent/DE112009002480B4/de active Active
- 2009-08-11 US US12/539,353 patent/US8383286B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8383286B2 (en) | 2013-02-26 |
JP2012505820A (ja) | 2012-03-08 |
DE112009002480B4 (de) | 2018-11-15 |
KR101075422B1 (ko) | 2011-10-24 |
KR20100041348A (ko) | 2010-04-22 |
DE112009002480T5 (de) | 2011-09-29 |
US20100092832A1 (en) | 2010-04-15 |
WO2010044538A1 (en) | 2010-04-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5604437B2 (ja) | 金属酸化物ゾルの調製方法、前記ゾルを用いる金属酸化物薄膜の調製方法及び前記薄膜を含む固体酸化物燃料電池 | |
JP2012505820A5 (ja) | ||
JP5398904B2 (ja) | 気孔傾斜構造のナノ気孔性層を含む燃料極支持型固体酸化物燃料電池及びその製造方法 | |
JP5762295B2 (ja) | 低温sofc用の新素材および構造 | |
AU2004216002B9 (en) | Porous electrode, solid oxide fuel cell, and method of producing the same | |
US7740772B2 (en) | Ceramic anodes and method of producing the same | |
dos Santos-Gómez et al. | Recent progress in nanostructured electrodes for solid oxide fuel cells deposited by spray pyrolysis | |
JP2006351405A (ja) | Sofc燃料極およびその製造方法 | |
KR101186929B1 (ko) | 고체 산화물 연료 전지용 금속 산화물 박막의 저온 무수축 제조 방법 | |
KR101307560B1 (ko) | 스핀 코팅 공정과 저온 소결에 의한 중저온형 고체 산화물 연료전지 구조 및 그 제조공정 | |
Ding et al. | Fabrication and characterization of low-temperature SOFC stack based on GDC electrolyte membrane | |
US20060280864A1 (en) | Method for electrode deposition for solid oxide fuel cells | |
KR101041934B1 (ko) | 박막 전해질을 형성하기 위한 기공 경사 구조를 갖는 고체 산화물 연료 전지 및 그 제조 방법 | |
Im et al. | Preparation of nano-crystalline strontium-doped lanthanum manganate (LSM) powder and porous film by aerosol flame deposition | |
He | Thin coating technologies and applications in high-temperature solid oxide fuel cells | |
Zhou et al. | Fabrication and Investigation of Intermediate-Temperature MS–SOFCs | |
Hanantyo et al. | Enhanced densification of screen-printed GDC interlayers for solid oxide fuel cells using nitrate-based precursor in various chelating agents as pore-filling solution | |
KR20240000287A (ko) | 초음파 분무법을 이용한 고체산화물 연료전지용 공기극 형성 방법 및 이를 이용하여 제조된 고체산화물 연료전지 | |
Jiang | Thin coating technologies and applications in high-temperature solid oxide fuel cells | |
KR20150039585A (ko) | 고체 산화물 연료전지의 애노드 기능층용 분말의 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A524 | Written submission of copy of amendment under article 19 pct |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A524 Effective date: 20130910 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140107 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20140407 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20140414 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20140507 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20140514 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20140609 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20140616 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140707 |
|
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: 20140805 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140825 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5604437 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |