JP7381248B2 - Nickel-ion conductive ceramic mixed powder and composition thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ニッケル-セラミックス混合粉体及び前記混合粉体を含有する組成物に関する。 The present invention relates to a nickel-ceramic mixed powder and a composition containing the mixed powder.

近年、持続可能な社会の発展を目指す観点から、低環境負荷、低公害な機能材料が精力的に開発されており、その適用範囲の広さから電極材料や触媒材料が重要視されている。これらに対する要求特性は共通しており、エネルギーを効率的に運用するという観点から、作動効率が重視される。 In recent years, with the aim of developing a sustainable society, functional materials with low environmental impact and low pollution have been actively developed, and electrode materials and catalyst materials are gaining importance due to their wide range of applications. The required characteristics for these are common, and from the perspective of efficiently utilizing energy, emphasis is placed on operational efficiency.

こういった機能材料に用いられる素材として、最近は金属・セラミックスの複合材料が使用される場合が増えている。金属・セラミックスの複合材料は、金属とセラミックスが混在した多孔質骨格を有しており、金属とセラミックスとそれらに接する気相にそれぞれ別個の役割を持たせる材料設計ができることから、電極や触媒用途に有用な反応活性を示すことが知られている。例えば、金属に電気伝導能や触媒活性を、セラミックスにイオン伝導性を持たせる材料設計をすれば、気相から供給される原料ガスとセラミックス層から供給されるイオンとを触媒としての金属に反応させることにより、電子を取り出す電池電極反応や、化学物質の合成反応に利用できる。 Recently, metal-ceramic composite materials are increasingly being used as materials for these functional materials. Metal-ceramic composite materials have porous frameworks in which metals and ceramics are mixed, and it is possible to design materials in which metals, ceramics, and the gas phase in contact with them each have separate roles, making them suitable for electrode and catalyst applications. It is known to exhibit useful reaction activity. For example, if we design materials to give metals electrical conductivity and catalytic activity, and ceramics to give ionic conductivity, the raw material gas supplied from the gas phase and the ions supplied from the ceramic layer will react with the metal as a catalyst. By doing so, it can be used in battery electrode reactions that extract electrons and chemical substance synthesis reactions.

このような機能材料の第一の例として、固体酸化物型燃料電池(以下、SOFCとも記載する)は、高効率発電が可能である、低純度な燃料ガスでも問題なく利用できるなどの利点から、家庭用・事業所用定置電源、分散型発電所用途などで盛んに開発が行われている。SOFCの電池セルの構造は、イオン伝導性セラミックスで構成される電解質基板をはさんで、空気極(カソードともいう)と燃料極(アノードともいう)が対向する構造であり、空気極で酸素から酸素イオンを生成する反応が起こり、燃料極で酸素イオンと水素から電子を取り出す反応が起こる。 As the first example of such functional materials, solid oxide fuel cells (hereinafter also referred to as SOFC) are popular due to their advantages such as high efficiency power generation and the ability to use low-purity fuel gas without any problems. , stationary power sources for home and business use, and distributed power plant applications are being actively developed. The structure of a SOFC battery cell is such that an air electrode (also called a cathode) and a fuel electrode (also called an anode) face each other with an electrolyte substrate made of ion-conductive ceramics in between, and the air electrode separates oxygen from oxygen. A reaction occurs to generate oxygen ions, and a reaction occurs at the fuel electrode to extract electrons from the oxygen ions and hydrogen.

SOFCの燃料極は、一般にサブミクロンからミクロン程度の粒径サイズの酸化ニッケルとイオン伝導性セラミックスの粒子からなる酸化物の混合物を出発原料として用いる。電解質基板上に前記酸化物の混合物による電極を形成し、その後で大気焼成(1300℃程度)により酸化ニッケル粒子同士とイオン伝導性セラミックス粒子同士を焼結させ、多孔質体を形成する。この工程が酸化雰囲気であるため、燃料極のニッケル源としては主に酸化ニッケル粉末が用いられている。 SOFC fuel electrodes generally use as a starting material a mixture of nickel oxide and ion conductive ceramic particles having a particle size ranging from submicron to micron. An electrode made of the mixture of the oxides is formed on an electrolyte substrate, and then the nickel oxide particles and the ion-conductive ceramic particles are sintered together by air firing (about 1300° C.) to form a porous body. Since this process involves an oxidizing atmosphere, nickel oxide powder is mainly used as the nickel source for the fuel electrode.

実使用時には、水素還元処理(800℃程度)を行い、酸化ニッケルを金属ニッケルにまで還元する。これは、金属ニッケルが電極反応を起こす触媒であり、酸化ニッケルの状態では先述の電極反応が起こらないためである。この一連の大気焼成と水素還元の工程を経ることで、金属ニッケルとイオン伝導性セラミックスからなる多孔質体の電極が構築され、金属ニッケルとイオン伝導性セラミックスと気相の三相界面が形成され、SOFCの燃料極として機能を発揮させることが出来るようになる。特許文献1では、0.1~0.5μm径の電解質粒子と0.5μm~1.5μm径の酸化ニッケル粒子を特定の割合で混合した電極材料を用いて固体酸化物型燃料電池用燃料極を作製し、燃料極と電解質基板との間の抵抗値を下げることで電池性能向上を図っている。 During actual use, hydrogen reduction treatment (approximately 800°C) is performed to reduce nickel oxide to metallic nickel. This is because metallic nickel is a catalyst that causes an electrode reaction, and the above-mentioned electrode reaction does not occur in the state of nickel oxide. Through this series of atmospheric firing and hydrogen reduction processes, a porous electrode made of metallic nickel and ion-conductive ceramics is constructed, and a three-phase interface between metallic nickel, ion-conductive ceramics, and gas phase is formed. , it becomes possible to perform the function as a fuel electrode of SOFC. Patent Document 1 discloses a fuel electrode for a solid oxide fuel cell using an electrode material in which electrolyte particles with a diameter of 0.1 to 0.5 μm and nickel oxide particles with a diameter of 0.5 μm to 1.5 μm are mixed in a specific ratio. The team aims to improve battery performance by lowering the resistance between the fuel electrode and the electrolyte substrate.

第二の例として、固体酸化物型電解セル(以下、SOECとも記載する)は、クリーンかつ持続的な水素製造技術として注目されている。上記SOFCと同じ構造で性能を発揮することができ、SOFC内で発生する化学反応の逆反応を起こさせることで水を原料として水素を合成することができる。
SOFC作動時の燃料極(SOEC作動時はカソードと呼ぶ)における化学反応:
+O2-→HO+2e
SOFC作動時の空気極(SOEC作動時はアノードと呼ぶ)における化学反応:
1/2O+2e→O2-
As a second example, solid oxide electrolytic cells (hereinafter also referred to as SOEC) are attracting attention as a clean and sustainable hydrogen production technology. It can exhibit performance with the same structure as the above-mentioned SOFC, and can synthesize hydrogen using water as a raw material by causing a reverse reaction to the chemical reaction that occurs within the SOFC.
Chemical reactions at the fuel electrode during SOFC operation (called cathode during SOEC operation):
H 2 +O 2- →H 2 O+2e -
Chemical reactions at the air electrode during SOFC operation (called anode during SOEC operation):
1/2O 2 +2e - →O 2-

SOECは、その構造がSOFCと同じであるため、その材料にはSOFCのものが転用されている例が多い。例えば特許文献2では、粒径が0.6μmの酸化ニッケル粒子と、イオン伝導性セラミックス粒子としてSrZr0.5Ce0.40.10.1を用いてSOECを作製し、水素を製造可能であることを開示している。 Since the structure of SOEC is the same as that of SOFC, the materials used in SOFC are often used instead. For example, in Patent Document 2, an SOEC is fabricated using nickel oxide particles with a particle size of 0.6 μm and SrZr 0.5 Ce 0.4 Y 0.1 O 0.1 as ion-conductive ceramic particles, and hydrogen is Discloses that it can be manufactured.

更に上記機能材料と同様の材料、特性が求められる他の例として、炭化水素系化合物を水蒸気改質反応により分解し、水素を製造する改質触媒など、ガス成分やイオンを原料として分解反応、合成反応の触媒反応を行う金属・セラミックスの複合材料が着目されている。 Furthermore, other examples that require materials and properties similar to those of the above-mentioned functional materials include reforming catalysts that produce hydrogen by decomposing hydrocarbon compounds through steam reforming reactions. Metal-ceramic composite materials that catalyze synthesis reactions are attracting attention.

特開2009-266713号公報JP2009-266713A 特開2018-172763号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-172763

現在、低環境負荷技術に対する一層の需要の高まりから、金属・セラミックスの複合材料から作られる機能材料も、更なる高効率動作が望まれており、作動効率や触媒活性の改善が求められている。しかしながら、装置運用上の条件調整による効率改善には限界があることから、素材まで掘り下げた根本的な性能改善技術が求められていた。 Currently, due to the ever-increasing demand for technologies with low environmental impact, functional materials made from composite materials of metals and ceramics are expected to operate even more efficiently, and improvements in operating efficiency and catalytic activity are required. . However, since there are limits to improving efficiency by adjusting equipment operating conditions, there was a need for fundamental performance improvement technology that goes into the materials.

金属・セラミックスの複合材料から作られる電極や触媒などの機能材料を高効率化する第一の方策として、触媒反応をより多く発生させる方法が考えられる。第二の方策として、電子やイオンの流れが停滞するとそれが反応律速となり材料の作動効率を落とすことから、金属による電子の輸送、イオン伝導性セラミックスによるイオンの輸送が効率的に行われるようにすることも重要である。 The first way to increase the efficiency of functional materials such as electrodes and catalysts made from metal-ceramic composite materials is to increase the catalytic reaction. The second measure is to improve the efficiency of electron transport by metals and ion transport by ion-conducting ceramics, since when the flow of electrons and ions stagnates, it becomes reaction rate limiting and reduces the operating efficiency of the material. It is also important to

SOFCを例に挙げれば、SOFCの燃料極では、金属ニッケル・イオン伝導性セラミックス・気相の三相界面において、金属ニッケルが触媒の役割を果たすことで、電子を取り出す水素酸化反応(H+O2-→HO+2e)が生じている。 Taking SOFC as an example, at the SOFC fuel electrode, metal nickel acts as a catalyst at the three-phase interface of metal nickel, ion-conductive ceramics, and gas phase, allowing the hydrogen oxidation reaction (H 2 + O 2− → H 2 O+2e ) is generated.

我々は、現行のSOFC燃料極材料において、原料の酸化ニッケル粉末として、サブミクロンからミクロン程度の比較的大きな粒径の粒子を使用しているため、使用時(大気焼成・水素還元後)の三相界面の数が十分でなく、電極の触媒活性の向上が制限されるという課題があると考えた。 In the current SOFC fuel electrode material, we use relatively large particles of submicron to micron size as the raw material nickel oxide powder, so we have developed a technology that allows for We believe that there is a problem in that the number of phase interfaces is insufficient, which limits the improvement of the catalytic activity of the electrode.

また、現行材料ではニッケル源として主に酸化ニッケルを用いているが、酸化物は金属と比較して焼結温度が高いため、大気焼成時に酸化ニッケル粒子同士の焼結が十分起こらないため、水素還元後も金属ニッケル同士の導電経路が十分形成されず、結果として導電性が劣る、すなわちオーム抵抗値が大きいという問題もあった。 In addition, current materials mainly use nickel oxide as a nickel source, but since the sintering temperature of oxides is higher than that of metals, sufficient sintering of nickel oxide particles does not occur during atmospheric firing, so hydrogen Even after reduction, a sufficient conductive path between the metal nickel was not formed, resulting in poor conductivity, that is, a large ohmic resistance value.

この触媒活性と導電性という二つの課題は、どちらか片方のみが優れているだけでは材料の作動効率向上の効果が十分見込めないため、両立する必要がある。 These two issues, catalytic activity and electrical conductivity, need to be met at the same time because if only one of them is superior, it will not be sufficient to improve the operating efficiency of the material.

ここではSOFCを例として説明したが、同じく三相界面での化学反応と金属による電子輸送を作用機構とする材料においても同様の課題を抱える場合があり、SOEC、触媒などでも上記の課題は共通する。 Although we have explained SOFC as an example here, similar issues may arise with materials whose mechanism of action is chemical reactions at three-phase interfaces and electron transport by metals, and the above issues are common to SOECs, catalysts, etc. do.

本発明者らは、上記課題を解決するため、微細な金属ニッケル粒子(A)と微細なイオン伝導性セラミックス粒子(B)の混合粉体に着目した。従来技術においては、材料が大気雰囲気下での焼成を経由して作製されることから、原料として既に酸化している酸化ニッケルを用いることを前提としていた。本発明者らは、原料として金属ニッケルを用いることで金属ニッケル粒子同士の焼結性を高めることができることを見出し、更にそのメジアン径が10nm以上200nm以下と微細であり、同じくメジアン径が10nm以上200nm以下と微細なイオン伝導性セラミックス粒子との混合粉体を用いれば、使用時には金属の連結性改善による導電性改善すなわちオーム抵抗値低減と、三相界面数の増加による触媒活性の向上すなわち電荷移動抵抗値低減とを両立させることが可能であり、機能材料としての作動効率を改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は、以下の通りである。 In order to solve the above problems, the present inventors focused on a mixed powder of fine metal nickel particles (A) and fine ion-conductive ceramic particles (B). In the prior art, since the material is produced through firing in an atmospheric atmosphere, it is assumed that nickel oxide, which has already been oxidized, is used as a raw material. The present inventors have discovered that the sinterability of metallic nickel particles can be improved by using metallic nickel as a raw material, and furthermore, the median diameter is as fine as 10 nm or more and 200 nm or less; By using a mixed powder of fine ion-conductive ceramic particles of 200 nm or less in size, when used, it improves conductivity by improving metal connectivity, i.e., reduces ohmic resistance, and improves catalytic activity, i.e., charge by increasing the number of three-phase interfaces. The present invention was completed based on the discovery that it is possible to simultaneously reduce the movement resistance value and improve the operating efficiency as a functional material. The gist of the invention is as follows.

(1)メジアン径が10nm以上200nm以下の金属ニッケル粒子(A)と、
メジアン径が10nm以上200nm以下のイオン伝導性セラミックス粒子(B)と、を含み、
ニッケル元素の含有量と、イオン伝導性セラミックスの含有量は、体積比で、[ニッケル元素]/[イオン伝導性セラミックス]=20/80~80/20であることを特徴とする、電極材料又は触媒に用いるニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体。
(2)メジアン径が300nm以上10μm以下であるニッケル含有粒子(C)を更に含む、(1)に記載の電極材料又は触媒に用いるニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体。
(3)メジアン径が300nm以上10μm以下であるイオン伝導性セラミックス粒子(D)を更に含む、(1)又は(2)に記載の電極材料又は触媒に用いるニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体。
(4)前記金属ニッケル粒子(A)と前記ニッケル含有粒子(C)の含有体積量が、前記粒子(A)の含有体積量>前記粒子(C)の含有体積量という関係を満たし、且つ
前記イオン伝導性セラミックス粒子(B)と前記イオン伝導性セラミックス粒子(D)の含有体積量が、粒子(B)の含有体積量>粒子(D)の含有体積量という関係を満たす、(2)又は(3)に記載の電極材料又は触媒に用いるニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体。
(5)(1)から(4)のうちいずれかに記載の混合粉体を20重量%以上95重量%以下含み、更に溶剤を含む、電極材料又は触媒に用いる粒子組成物。
(1) Metallic nickel particles (A) with a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less,
ion conductive ceramic particles (B) having a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less,
An electrode material or an electrode material characterized in that the content of nickel element and the content of ion conductive ceramics are in a volume ratio of [nickel element]/[ion conductive ceramics] = 20/80 to 80/20. Nickel-ion conductive ceramic mixed powder used in catalysts .
(2) The nickel-ion conductive ceramic mixed powder used in the electrode material or catalyst according to (1), further comprising nickel-containing particles (C) having a median diameter of 300 nm or more and 10 μm or less.
(3) The nickel-ion conductive ceramic mixed powder used in the electrode material or catalyst according to (1) or (2), further comprising ion conductive ceramic particles (D) having a median diameter of 300 nm or more and 10 μm or less.
(4) The volume content of the metal nickel particles (A) and the nickel-containing particles (C) satisfy the relationship of volume content of the particles (A)>volume content of the particles (C), and (2), or (2) the volume content of the ion conductive ceramic particles (B) and the ion conductive ceramic particles (D) satisfy the relationship: volume content of the particles (B) > volume content of the particles (D); Nickel-ion conductive ceramic mixed powder used for the electrode material or catalyst described in (3).
(5) A particle composition for use in an electrode material or catalyst, which contains 20% by weight or more and 95% by weight or less of the mixed powder according to any one of (1) to (4), and further contains a solvent.

本発明の混合粉体又はその組成物のうち少なくとも1種を用いれば、高い触媒活性すなわち低い電荷移動抵抗値と、高い導電性すなわち低いオーム抵抗値を両立させ、結果として内部抵抗値を低減でき、機能材料としての作動効率を改善することが出来る。 By using at least one of the mixed powders or compositions thereof of the present invention, high catalytic activity, i.e., low charge transfer resistance, and high conductivity, i.e., low ohmic resistance, can be achieved at the same time, resulting in a reduction in internal resistance. , the operational efficiency as a functional material can be improved.

本発明の混合粉体は、従来技術に比較して微細な粒径を有し且つ金属ニッケル粒子(A)と、従来技術に比較して微細な粒径を有するイオン伝導性セラミックス粒子(B)とを組み合わせていることを特徴とする。 The mixed powder of the present invention has metal nickel particles (A) which have a finer particle size than those of the prior art, and ion conductive ceramic particles (B) which have a finer particle size than those of the prior art. It is characterized by a combination of.

メジアン径が10nm以上200nm以下の金属ニッケル粒子(A)と、メジアン径が10nm以上200nm以下のイオン伝導性セラミックス粒子(B)と、を含み、ニッケル元素の含有量と、イオン伝導性セラミックスの含有量は、体積比で、[ニッケル元素]/[イオン伝導性セラミックス]=20/80~80/20であることにより、SOFC電極として使用時には、オーム抵抗値低減と、三相界面数の増加による触媒活性の向上すなわち電荷移動抵抗値低減とを両立させる高い効果が得られる。構成される粒子の種類、適正なメジアン径の範囲、ニッケル元素とイオン伝導性セラミックスの含有量の比率について全てを組み合わせることで、初めて高い効果が得られて、使用性能を大幅に高めることができる。 Contains metallic nickel particles (A) with a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less, and ion conductive ceramic particles (B) with a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less, and the content of nickel element and the content of ion conductive ceramics. The volume ratio of [nickel element]/[ion conductive ceramic] = 20/80 to 80/20 reduces the ohmic resistance value and increases the number of three-phase interfaces when used as a SOFC electrode. A high effect of improving the catalytic activity, that is, reducing the charge transfer resistance value can be obtained. By combining all of the constituent particle types, appropriate median diameter range, and content ratio of nickel element and ion-conductive ceramics, high effects can be obtained and usage performance can be significantly improved. .

このメカニズムは以下のとおりである。我々は、ニッケル/イオン伝導性セラミックス/気相の三相が接する三相界面をニッケルによる触媒反応の反応活性点として着目し、その点数を増やせば高い触媒活性につながると考えた。本発明の混合粉体を原料として用いると、微細な金属ニッケル粒子(A)(以下、単に「粒子(A)」と略称することがある。)と微細なイオン伝導性セラミックス粒子(B)(以下、単に「粒子(B)」と略称することがある。)を組み合わせていることから、基板上に金属ニッケル粒子とイオン伝導性セラミックス粒子を微細かつ高密度に集積させることができる。これによって、大気焼成、水素還元を経て使用可能な段階になった際、金属ニッケル/イオン伝導性セラミックス/気相の三相界面を増やすことが可能である。したがって、反応活性点が増えることから、触媒活性を高め、電荷移動抵抗値を低減させることができる。 The mechanism is as follows. We focused on the three-phase interface, where the three phases of nickel, ion-conductive ceramics, and gas phase come into contact, as active points for nickel-based catalytic reactions, and thought that increasing the number of points would lead to higher catalytic activity. When the mixed powder of the present invention is used as a raw material, fine metal nickel particles (A) (hereinafter sometimes simply referred to as "particles (A)") and fine ion-conductive ceramic particles (B) ( Hereinafter, it may be simply abbreviated as "particles (B)"), so that the metal nickel particles and the ion-conductive ceramic particles can be finely and densely integrated on the substrate. This makes it possible to increase the three-phase interface of metal nickel/ion conductive ceramic/gas phase when the product reaches a usable stage after undergoing atmospheric firing and hydrogen reduction. Therefore, since the number of reaction active sites increases, the catalyst activity can be increased and the charge transfer resistance value can be reduced.

本発明において、粒子(A)は、ナノレベルの微細な金属ニッケルであることを特徴とする。これによって、使用時には電子伝導が効率よく起こるようになり、結果としてオーム抵抗値の低減が可能である。より実用的な効果としては、例えばSOFCの燃料極として用いた場合は、発電効率を高めることができる。 In the present invention, the particles (A) are characterized in that they are nano-level fine metallic nickel. As a result, electron conduction occurs efficiently during use, and as a result, the ohmic resistance value can be reduced. As a more practical effect, for example, when used as a fuel electrode of SOFC, power generation efficiency can be improved.

このメカニズムは以下のとおりである。粒子(A)が金属ニッケルであることにより、従来の粒径の大きい酸化ニッケルを用いる場合と比較して、大気焼成工程で金属ニッケル粒子同士の焼結がより低温から起こり始めることで、ニッケル粒子同士の連結部分(ネッキング部分)が太くなりやすい。これによって、使用時においても金属ニッケル粒子同士の連結部分が太くなり、導電性の向上が可能となる。 The mechanism is as follows. Because the particles (A) are metallic nickel, sintering of metallic nickel particles begins to occur at a lower temperature in the atmospheric firing process compared to the conventional case of using nickel oxide with a large particle size, and the nickel particles The connecting part (necking part) tends to become thick. As a result, even during use, the connecting portions between the metal nickel particles become thicker, making it possible to improve conductivity.

本発明の混合粉体は、金属ニッケル粒子(A)のメジアン径が10nm以上200nm以下で、かつイオン伝導性セラミックス粒子(B)のメジアン径が10nm以上200nm以下であることを特徴とし、これにより、触媒活性を高めることができ、電荷移動抵抗値を低減させて、発電効率を高められる。好ましくは金属ニッケル粒子(A)のメジアン径が30nm以上150nm以下であり、かつイオン伝導性セラミックス粒子(B)の粒子径の好ましい範囲は30nm以上150nm以下あれば、電荷移動抵抗値を低減させる効果がより高くなる。 The mixed powder of the present invention is characterized in that the metal nickel particles (A) have a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less, and the ion-conductive ceramic particles (B) have a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less; , catalytic activity can be increased, charge transfer resistance can be reduced, and power generation efficiency can be increased. Preferably, the median diameter of the metal nickel particles (A) is 30 nm or more and 150 nm or less, and the preferable range of the particle diameter of the ion-conductive ceramic particles (B) is 30 nm or more and 150 nm or less, which has the effect of reducing charge transfer resistance. becomes higher.

このメカニズムは以下のとおりである。金属ニッケル粒子(A)とイオン伝導性セラミックス粒子(B)のメジアン径が10nm以上200nm以下であると、従来技術と比較して、使用時の金属ニッケルとイオン伝導性セラミックスの接点を増やし、三相界面数を増すことができ、触媒活性を高めることが出来る。金属ニッケル粒子(A)とイオン伝導性セラミックス粒子(B)のメジアン径が30nm以上150nm以下であれば、その効果はより顕著に表れる。一方で、金属ニッケル粒子(A)のメジアン径が10nm未満あるいはイオン伝導性セラミックス粒子(B)のメジアン径が10nm未満であると、粒子焼結時に発生する体積収縮が大きくなることから、使用時のニッケルとイオン伝導性セラミックス粒子間の接点が減少し、触媒活性が低下し、電荷移動抵抗値が上昇する。また、金属ニッケル粒子(A)のメジアン径が200nmを超える、あるいはイオン伝導性セラミックス粒子(B)のメジアン径が200nmを超えると、粒子の比表面積が減少することから、使用時のニッケルとイオン伝導性セラミックス粒子間の接点が減少するため、触媒活性が低下する。 The mechanism is as follows. When the median diameter of the metallic nickel particles (A) and the ion-conductive ceramic particles (B) is 10 nm or more and 200 nm or less, the number of contact points between the metallic nickel and the ion-conductive ceramic during use is increased and three The number of phase interfaces can be increased and the catalytic activity can be increased. If the median diameter of the metal nickel particles (A) and the ion-conductive ceramic particles (B) is 30 nm or more and 150 nm or less, the effect will be more pronounced. On the other hand, if the median diameter of the metal nickel particles (A) is less than 10 nm or the median diameter of the ion-conductive ceramic particles (B) is less than 10 nm, the volumetric shrinkage that occurs during particle sintering becomes large, so The contact points between the nickel and the ion-conducting ceramic particles decrease, the catalytic activity decreases, and the charge transfer resistance increases. In addition, if the median diameter of the metal nickel particles (A) exceeds 200 nm or the median diameter of the ion-conductive ceramic particles (B) exceeds 200 nm, the specific surface area of the particles decreases. Catalytic activity decreases due to decreased contact points between conductive ceramic particles.

なお、本発明の効果は金属ニッケル粒子(A)とイオン伝導性セラミックス粒子(B)の一次粒子としてのメジアン径によって発現するものであり、粒子(A)の二次粒子、粒子(B)の二次粒子、あるいは粒子(A)と(B)の二次粒子として存在していても問題はない。ここで一次粒子とは凝集していない粒子1個を指し、二次粒子とは凝集した粒子を指す。 The effect of the present invention is expressed by the median diameter of the primary particles of the metal nickel particles (A) and the ion-conductive ceramic particles (B), and the secondary particles of the particles (A) and the median diameters of the particles (B) There is no problem even if it exists as a secondary particle or a secondary particle of particles (A) and (B). Here, a primary particle refers to a single particle that is not aggregated, and a secondary particle refers to an aggregated particle.

粒子(A)が金属ニッケルであるとは、前記粒子(A)の断面に対してTEM-EDSにて元素分析を行い、前記粒子(A)の断面中心においてニッケル元素が80重量%以上検出されることを指す。ニッケル元素が前記粒子(A)の断面中心において80重量%以上含まれれば、金属ニッケル粒子同士の前記焼結性は十分担保されるため、ニッケル元素以外に任意の不純物を含んでいてもよく、例えば炭素や酸素、ニッケル以外の金属などを含んでもよい。また、金属ニッケル粒子(A)の表面には、酸化ニッケルと水酸化ニッケルの一方または両方が存在していてもよい。表面に酸化ニッケルと水酸化ニッケルの一方または両方が存在すると、粒子の急激な酸化等の反応が防げるため、取扱い上安全である。なお、酸化ニッケルと水酸化ニッケルの一方または両方の厚みが10nm以下であれば、上記焼結性の利点は損なわれない。 Particles (A) are metallic nickel if elemental analysis is performed on the cross section of the particle (A) using TEM-EDS, and 80% by weight or more of the nickel element is detected in the center of the cross section of the particle (A). Refers to things. If the nickel element is contained at 80% by weight or more at the center of the cross section of the particle (A), the sinterability of the metal nickel particles is sufficiently ensured, so any impurities other than the nickel element may be included. For example, it may contain carbon, oxygen, metals other than nickel, etc. Moreover, one or both of nickel oxide and nickel hydroxide may be present on the surface of the metal nickel particles (A). The presence of one or both of nickel oxide and nickel hydroxide on the surface prevents reactions such as rapid oxidation of the particles, making them safe to handle. Note that, as long as the thickness of one or both of nickel oxide and nickel hydroxide is 10 nm or less, the above-mentioned advantage of sinterability is not impaired.

本発明において前記粒子(B)及び後述する粒子(D)を構成するイオン伝導性セラミックスは、1000℃における単結晶バルク体の導電率が10-3S/cm以上である公知のイオン伝導体からなるセラミックスである。このようなイオン伝導性を有するセラミックスとして、イットリア安定化ジルコニアやスカンジア安定化ジルコニアに代表される安定化ジルコニア類、サマリアドープトセリアに代表されるセリア系固溶体などが挙げられる。 In the present invention, the ion conductive ceramics constituting the particles (B) and the particles (D) described below are made of known ion conductors whose single crystal bulk conductivity at 1000° C. is 10 −3 S/cm or more. Ceramics. Examples of ceramics having such ion conductivity include stabilized zirconias represented by yttria-stabilized zirconia and scandia-stabilized zirconia, and ceria-based solid solutions represented by samaria-doped ceria.

本発明の混合粉体において、ニッケル元素とイオン伝導性セラミックスの体積比率は、20/80から80/20の範囲内である。これによって、使用時に高触媒活性と高導電性を両立することが出来る。 In the mixed powder of the present invention, the volume ratio of the nickel element to the ion conductive ceramic is within the range of 20/80 to 80/20. This makes it possible to achieve both high catalytic activity and high conductivity during use.

このメカニズムは以下の通りに説明できる。微細な金属ニッケル粒子(A)と微細なイオン伝導性セラミックス粒子(B)を含有する混合粉体において、ニッケル元素とイオン伝導性セラミックスの体積比率が20/80から80/20の範囲内であれば、金属ニッケル粒子の比表面積の合計値と、イオン伝導性セラミックス粒子の比表面積の合計値が両方とも十分大きくできる。 This mechanism can be explained as follows. In the mixed powder containing fine metallic nickel particles (A) and fine ion-conductive ceramic particles (B), the volume ratio of nickel element to ion-conductive ceramics is within the range of 20/80 to 80/20. For example, both the total value of the specific surface area of the metal nickel particles and the total value of the specific surface area of the ion-conductive ceramic particles can be made sufficiently large.

したがって、従来に比べ使用時の三相界面数が多いという特性と、導電性に必要なニッケルとイオン伝導性セラミックスの各々が材料内で途切れないという特性を並立することが可能である。この特徴は、従来技術である粒径の比較的大きい粒子の組み合わせでは発揮されない。ニッケルあるいはイオン伝導性セラミックスの含有比率が20体積%を下回った場合は、ニッケルあるいはイオン伝導性セラミックスが材料内で途切れてしまい、導電性が十分得られないため、オーム抵抗値が増大してしまう。 Therefore, it is possible to simultaneously achieve the characteristic that the number of three-phase interfaces during use is greater than in the past, and the characteristic that nickel and ion conductive ceramics, which are necessary for conductivity, are not interrupted within the material. This feature is not exhibited by the combination of particles with relatively large particle sizes, which is the conventional technique. If the content of nickel or ion conductive ceramics is less than 20% by volume, the nickel or ion conductive ceramics will be interrupted within the material and sufficient conductivity will not be obtained, resulting in an increase in ohmic resistance. .

ニッケル元素とイオン伝導性セラミックスの体積比率は、ICP発光分光分析の測定結果から算出可能である。以下にその手法を、ニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの組み合わせを一例として説明する。 The volume ratio of the nickel element to the ion conductive ceramic can be calculated from the measurement results of ICP emission spectrometry. The method will be explained below using a combination of nickel element and yttria-stabilized zirconia as an example.

ICP発光分光分析により、ニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの重量比率が算出できる。イットリア安定化ジルコニアは、イットリウムとジルコニウムが別々に検出されるが、ICP発光分光分析から得られたイットリウムとジルコニウムの重量比率を各々Y、ZrOとして換算し、Y及びZrOの重量比率を合計することで、イットリア安定化ジルコニアの重量比率を算出することができる。 The weight ratio of nickel element and yttria-stabilized zirconia can be calculated by ICP emission spectrometry. In yttria-stabilized zirconia, yttrium and zirconium are detected separately, but the weight ratio of yttrium and zirconium obtained from ICP emission spectrometry is converted into Y 2 O 3 and ZrO 2 , respectively, and Y 2 O 3 and ZrO By summing the weight ratios of 2 , the weight ratio of yttria-stabilized zirconia can be calculated.

続いて、ニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの各々の重量比率を室温(特に、25℃近傍)における固体密度で除算することで体積比率に換算し、ニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの体積比率を算出すればよい(以下、室温における固体密度を単に「固体密度」という)。ニッケル元素の固体密度は8.9g/cmであり、イットリア安定化ジルコニアの固体密度は6.0g/cmである。イオン伝導性セラミックスが、他酸化物種により安定化されたジルコニア(例えばスカンジア安定化ジルコニア)や、セリア系(例えばサマリアドープトセリア)であったとしても、ニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの体積比率の前記算出方法と同様に、重量比率を固体密度で除算することで体積比率は算出可能である。 Next, the weight ratio of each of the nickel element and yttria-stabilized zirconia is converted to a volume ratio by dividing it by the solid density at room temperature (especially around 25 ° C.), and the volume ratio of the nickel element and yttria-stabilized zirconia is calculated. (Hereinafter, the solid density at room temperature will be simply referred to as "solid density"). The solid density of elemental nickel is 8.9 g/ cm3 , and the solid density of yttria-stabilized zirconia is 6.0 g/ cm3 . Even if the ion-conductive ceramic is zirconia stabilized by other oxide species (e.g. scandia-stabilized zirconia) or ceria-based (e.g. samaria-doped ceria), the volume ratio of nickel element to yttria-stabilized zirconia Similar to the calculation method described above, the volume ratio can be calculated by dividing the weight ratio by the solid density.

粒子(A)と粒子(B)は本発明の混合粉体の主たる成分であることから、粒子(A)と粒子(B)の総体積量が、本発明のニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体全量に対して50体積%以上であることが好ましい。さらに粒子(A)、粒子(B)ともに10体積%以上は含むことが好ましい。 Since particles (A) and particles (B) are the main components of the mixed powder of the present invention, the total volume of particles (A) and particles (B) is the nickel-ion conductive ceramic mixed powder of the present invention. It is preferable that the amount is 50% by volume or more based on the total body weight. Furthermore, it is preferable that both particles (A) and particles (B) contain 10% by volume or more.

また、本発明の混合粉体は、上記粒子(A)と(B)に加え、更に粒径が大きいメジアン径300nm以上のニッケル含有粒子(C)(以下、単に「粒子(C)」と略称することがある。)を含んでいてもよい。これによって、導電性を向上させることが出来、結果としてオーム抵抗値を低減できる。 In addition to the above particles (A) and (B), the mixed powder of the present invention also includes nickel-containing particles (C) having a larger median diameter of 300 nm or more (hereinafter simply referred to as "particles (C)"). ) may be included. This makes it possible to improve the conductivity and, as a result, reduce the ohmic resistance value.

このメカニズムは以下の通り説明できる。メジアン径の異なる粒子(A)と(C)を組み合わせることによって、基板上においてニッケル粒子を高充填率に積層させることが可能となる。したがって、大気焼成を行う際にニッケルが効率よく焼結され、ニッケルによる導電経路が途切れることが抑えられる。これは水素還元後も維持されることから、結果として使用時に導電性が改善する、すなわちオーム抵抗値低減効果が得られる。この効果はニッケル含有粒子(C)とイオン伝導性セラミックス粒子(B)の組み合わせでは得られない。導電性の改善効果を得るために、粒子(C)の含有体積量は、本発明のニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体全量に対して5体積%以上50体積%未満とすることが好ましい。 This mechanism can be explained as follows. By combining particles (A) and (C) with different median diameters, it becomes possible to stack nickel particles on the substrate at a high filling rate. Therefore, when performing atmospheric firing, nickel is efficiently sintered, and the conductive path caused by nickel is prevented from being interrupted. Since this is maintained even after hydrogen reduction, the conductivity is improved during use, that is, the effect of reducing the ohmic resistance value is obtained. This effect cannot be obtained with the combination of nickel-containing particles (C) and ion-conductive ceramic particles (B). In order to obtain the effect of improving conductivity, the volume content of particles (C) is preferably 5% by volume or more and less than 50% by volume based on the total amount of the nickel-ion conductive ceramic mixed powder of the present invention.

メジアン径が300nm以上であれば、微細な粒子(A)との組み合わせによりニッケル粒子充填率を高めることができ、使用時のオーム抵抗値を低減させる効果がある。但し、粒子(C)のメジアン径は、10μm以下とすることが好ましい。メジアン径が10μmを超えると、例えば混合粉体を電極として用いた際には、使用時に電極表面粗さが大きくなるため、電極表面に搭載される集電材との密着性が低下し、導電性の悪化、すなわちオーム抵抗値の増大につながるおそれがある。粒子(C)の作用は、微細な粒子(A)との粒径差に伴う粒子の高充填率化にあるため、材料組成は作用に影響しない。よって粒子(C)は金属ニッケルと酸化ニッケルのいずれも好適に用いることができ、どちらか一方を用いてもよいし、両者を併用してもよい。 If the median diameter is 300 nm or more, the nickel particle filling rate can be increased by combining with fine particles (A), which has the effect of reducing the ohmic resistance value during use. However, the median diameter of particles (C) is preferably 10 μm or less. If the median diameter exceeds 10 μm, for example, when mixed powder is used as an electrode, the electrode surface roughness will increase during use, and the adhesion with the current collector mounted on the electrode surface will decrease, resulting in poor conductivity. This may lead to deterioration of the resistance, that is, an increase in the ohmic resistance value. The effect of the particles (C) is to increase the filling rate of the particles due to the difference in particle size from the fine particles (A), so the material composition does not affect the effect. Therefore, both metal nickel and nickel oxide can be suitably used as the particles (C), and either one of them may be used, or both may be used in combination.

また、本発明の混合粉体は、前記粒子(A)と(B)を含む混合粉体、又は前記粒子(A)と(B)と(C)を含む混合粉体に加え更に、微細なイオン伝導性セラミックス粒子(B)よりも粒径が大きいイオン伝導性セラミックス粒子(D)(以下、単に「粒子(D)」と略称することがある。)を本発明のニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体全量に対して5%以上50%未満の範囲で含んでいてもよい。これにより、使用時に導電性の改善、すなわちオーム抵抗値低減効果が得られる。 Further, the mixed powder of the present invention further includes fine particles in addition to the mixed powder containing the particles (A) and (B), or the mixed powder containing the particles (A), (B), and (C). The ion conductive ceramic particles (D) (hereinafter sometimes simply referred to as "particles (D)") having a larger particle size than the ion conductive ceramic particles (B) are used as the nickel-ion conductive ceramic of the present invention. It may be contained in a range of 5% or more and less than 50% based on the total amount of mixed powder. As a result, it is possible to improve the conductivity during use, that is, to reduce the ohmic resistance value.

このメカニズムは下記のとおりである。メジアン径の異なるイオン伝導性セラミックス粒子(B)、(D)を組み合わせることによって、イオン伝導性セラミックス粒子の充填率を高めることができる。したがって、大気焼成を行う際にイオン伝導性セラミックス粒子間の焼結がより促進され、使用時においては導電性の改善、すなわちオーム抵抗値低減効果が得られる。この効果は粒子(D)と金属ニッケル粒子(A)の組み合わせでは得られない。 This mechanism is as follows. By combining ion conductive ceramic particles (B) and (D) with different median diameters, the filling rate of the ion conductive ceramic particles can be increased. Therefore, during atmospheric firing, sintering between ion-conductive ceramic particles is further promoted, and during use, the conductivity is improved, that is, the ohmic resistance value is reduced. This effect cannot be obtained with the combination of particles (D) and metal nickel particles (A).

メジアン径300nmを超えるイオン伝導性セラミックス粒子が存在すると、材料内のイオン伝導性セラミックス粒子充填率を高めることができ、水素還元後にはオーム抵抗値を低減させる効果がある。但し、粒子(D)のメジアン径は、10μm以下とすることが好ましい。メジアン径が10μmを超えると、例えば混合粉体を電極として用いた際には電極表面の水素還元後の表面粗さが大きくなるため、集電材と電極との密着性が低下し、オーム抵抗値の増大につながるおそれがある。 The presence of ion-conductive ceramic particles having a median diameter exceeding 300 nm can increase the filling rate of ion-conductive ceramic particles within the material, and has the effect of reducing the ohmic resistance value after hydrogen reduction. However, the median diameter of the particles (D) is preferably 10 μm or less. If the median diameter exceeds 10 μm, for example, when mixed powder is used as an electrode, the surface roughness of the electrode surface after hydrogen reduction will increase, resulting in a decrease in the adhesion between the current collector and the electrode, resulting in a value of ohmic resistance. This may lead to an increase in

本発明における粒子(A)、(B)、(C)及び(D)のメジアン径(D50径)は、次の断面観察法によって測定される。 The median diameter (D50 diameter) of particles (A), (B), (C), and (D) in the present invention is measured by the following cross-sectional observation method.

すなわち、混合粉体のプレス成形体などを樹脂埋め・断面加工し、SEM又はTEMを用いて断面像を観察する。まず粒子の組成をSEM-EDS又はTEM-EDSの面分析、点分析などを用いて観察し、粒子の種類がニッケルであるかイオン伝導性セラミックスであるかを判断する。例えば被観察対象の粒子の金属の主要な成分がニッケルであればニッケル粒子であり、主要な成分がジルコニウムであれば安定化ジルコニアであると判断することができる。 That is, a press-molded body of mixed powder or the like is filled with resin and cross-sectionally processed, and the cross-sectional image is observed using SEM or TEM. First, the composition of the particles is observed using SEM-EDS or TEM-EDS surface analysis, point analysis, etc., and it is determined whether the particle type is nickel or ion conductive ceramic. For example, if the main metal component of the particle to be observed is nickel, it can be determined that it is a nickel particle, and if the main component is zirconium, it can be determined that it is stabilized zirconia.

続いて、断面像を撮像し、粒子の二次元画像上における断面積を画像解析ソフト(例えば、画像解析ソフトImage Pro Premier 9.2(Media Cybernetics製))によって算出し、算出された面積と等価な面積を有する円の半径(以下、「円相当径」という)に換算して小さい順に並べた際の中央値をメジアン径とする。粒子は少なくとも200個を解析する。粒子間の境界は、画像解析ソフトの画像処理により決定する。異なる粒子同士(例えばAとB)が接触している場合は測定から除外する。また、粒子の面積がSEM又はTEM画像上で1pixel×1pixel以下である測定値については、SEM又はTEM画像の画素数の最小単位であることから、測定の正確性を損ねるため、除外して解析する。 Next, a cross-sectional image is taken, the cross-sectional area on the two-dimensional image of the particle is calculated using image analysis software (for example, image analysis software Image Pro Premier 9.2 (manufactured by Media Cybernetics)), and the area equivalent to the calculated area is calculated. The median diameter is the radius of a circle having an area (hereinafter referred to as "circle equivalent diameter") and the median value when arranged in descending order. At least 200 particles are analyzed. Boundaries between particles are determined by image processing using image analysis software. If different particles (for example, A and B) are in contact with each other, they are excluded from the measurement. In addition, measurements where the area of the particle is 1 pixel x 1 pixel or less on the SEM or TEM image are excluded from analysis, as this is the smallest unit of the number of pixels in the SEM or TEM image, and this impairs measurement accuracy. do.

円相当径を算出する際、断面像に写っているすべての粒子を解析対象とし、円相当径が250nm未満の粒子を粒子(A)または(B)、円相当径が250nm以上の粒子を粒子(C)または(D)と区分する。円相当径が250nm未満の粒子は、前述した面分析、点分析などの方法により、粒子(A)及び粒子(B)に区別される。円相当径が250nm以上の粒子についても、前述した面分析、点分析などの方法により、粒子(C)及び粒子(D)に区別される。尚、粒子(A)~(D)を区別する工程と、円相当径を250nm未満又は250nm以上に区別する工程の先後順は、問われない。 When calculating the equivalent circle diameter, all particles in the cross-sectional image are subject to analysis, and particles with an equivalent circle diameter of less than 250 nm are classified as particles (A) or (B), and particles with an equivalent circle diameter of 250 nm or more are classified as particles. Classify as (C) or (D). Particles having an equivalent circular diameter of less than 250 nm are classified into particles (A) and particles (B) by methods such as surface analysis and point analysis described above. Particles having an equivalent circular diameter of 250 nm or more are also classified into particles (C) and particles (D) by methods such as surface analysis and point analysis described above. It should be noted that the order of the step of distinguishing particles (A) to (D) and the step of distinguishing equivalent circle diameters of less than 250 nm or 250 nm or more does not matter.

続いて250nm未満の粒子のメジアン径を算出し、粒子(A)及び粒子(B)のメジアン径をそれぞれ決定する。また、250nm以上の粒子のメジアン径を算出し、粒子(C)及び粒子(D)のメジアン径をそれぞれ決定する。 Subsequently, the median diameter of particles less than 250 nm is calculated, and the median diameters of particles (A) and particles (B) are determined, respectively. Furthermore, the median diameter of particles of 250 nm or more is calculated, and the median diameters of particles (C) and particles (D) are determined, respectively.

なお、前述した通り、本発明の混合粉体は、ニッケル元素とイオン伝導性セラミックスの体積比率が20/80から80/20の範囲内であるが、ニッケル含有粒子(C)、イオン伝導性セラミックス粒子(D)を用いている場合においては以下のように考える。 As mentioned above, in the mixed powder of the present invention, the volume ratio of nickel element to ion conductive ceramics is within the range of 20/80 to 80/20, but nickel-containing particles (C), ion conductive ceramics When using particles (D), consider the following.

ニッケル元素の体積は、金属ニッケル粒子(A)に含まれるニッケル元素の重量と、ニッケル含有粒子(C)に含まれるニッケル元素の重量の合計からニッケルの固体密度を用いて体積に換算する。ニッケル含有粒子として酸化ニッケル粒子を用いる場合は、酸素を除外して算出する。イオン伝導性セラミックスの体積は、イオン伝導性セラミックス粒子(B)と、イオン伝導性セラミックス粒子(D)の重量の合計からイオン伝導性セラミックスの固体密度を用いて体積に換算する。 The volume of the nickel element is converted into volume using the solid density of nickel from the sum of the weight of the nickel element contained in the metal nickel particles (A) and the weight of the nickel element contained in the nickel-containing particles (C). When using nickel oxide particles as the nickel-containing particles, the calculation is performed excluding oxygen. The volume of the ion-conductive ceramic is converted into volume from the sum of the weights of the ion-conductive ceramic particles (B) and the ion-conductive ceramic particles (D) using the solid density of the ion-conductive ceramic.

なお、金属ニッケル粒子(A)に含まれるニッケル元素の重量とニッケル含有粒子(C)に含まれるニッケル元素の重量の合計と、イオン伝導性セラミックス粒子(B)とイオン伝導性セラミックス粒子(D)の重量の合計は、ICP発光分光分析法の測定結果を用いた前述した手法と同様の手法で算出が可能である。ICP発光分光分析法により、粒子(A)及び粒子(C)に含まれるニッケル元素の重量の合計を算出する。また、ICP発光分光分析法により、粒子(B)及び粒子(D)のそれぞれを構成する化学成分の組成の重量の合計を算出する。体積比率の算出においては、粒子(A)と粒子(C)、あるいは粒子(B)と粒子(D)を区別する必要はない。本発明の作用効果を発現する上では、混合粉体に含まれるニッケル元素の総体積およびイオン伝導性セラミックスの総体積が有効であり、その体積比率が20/80から80/20の範囲内であれば、前述したオーム抵抗および電荷移動抵抗を改善する高い効果が得られることを確認している。 In addition, the sum of the weight of the nickel element contained in the metal nickel particles (A) and the weight of the nickel element contained in the nickel-containing particles (C), the ion conductive ceramic particles (B) and the ion conductive ceramic particles (D) The total weight of can be calculated using the same method as described above using the measurement results of ICP emission spectroscopy. The total weight of nickel element contained in particles (A) and particles (C) is calculated by ICP emission spectrometry. Furthermore, the total weight of the chemical components constituting each of the particles (B) and particles (D) is calculated by ICP emission spectrometry. In calculating the volume ratio, there is no need to distinguish between particles (A) and particles (C), or between particles (B) and particles (D). In order to express the effects of the present invention, the total volume of the nickel element and the total volume of the ion conductive ceramics contained in the mixed powder are effective, and the volume ratio is within the range of 20/80 to 80/20. It has been confirmed that, if present, a high effect of improving the ohmic resistance and charge transfer resistance described above can be obtained.

粒子(C)と粒子(D)の少なくとも一方が使用されているとき、粒子(A)と粒子(C)の含有体積量と、粒子(B)と粒子(D)の含有体積量については、粒子(A)の含有体積量が粒子(C)の含有体積量よりも多く、かつ粒子(B)の含有体積量が粒子(D)の含有重量よりも多いことが好ましい。 When at least one of particles (C) and particles (D) is used, the volume content of particles (A) and particles (C), and the volume content of particles (B) and particles (D) are as follows: It is preferable that the volume content of the particles (A) is greater than the volume content of the particles (C), and the volume content of the particles (B) is greater than the weight content of the particles (D).

このメカニズムは以下のとおりである。粒子(A)の含有体積量が粒子(C)の含有体積量よりも多く、かつ粒子(B)の含有体積量が粒子(D)の含有体積量よりも多ければ、微細な粒子(A)と微細な粒子(B)の粒子数が十分確保され、粗大な空隙を充填でき、ニッケルとイオン伝導性セラミックス間の接点が十分確保できるため、触媒活性を高めることが可能である。なお、粒子(C)または粒子(D)の一方が使用されていないときは、使用されていない粒子の含有体積量は0として考える。 The mechanism is as follows. If the volume content of particles (A) is greater than the volume content of particles (C), and the volume content of particles (B) is greater than the volume content of particles (D), then the particles (A) are fine. Since a sufficient number of fine particles (B) can be ensured to fill coarse voids and a sufficient number of contact points between nickel and ion-conductive ceramics can be ensured, it is possible to enhance the catalytic activity. Note that when either the particles (C) or the particles (D) are not used, the volume content of the unused particles is considered to be 0.

粒子(A)~(D)の含有体積量の大小関係(以下、「序列」という。)及び粒子(A)~(D)の含有体積量の比率は、前述した断面観察法により決定することが出来る。具体的な導出の手順は以下のとおりである。 The size relationship of the contained volumes of particles (A) to (D) (hereinafter referred to as "order") and the ratio of the contained volumes of particles (A) to (D) shall be determined by the above-mentioned cross-sectional observation method. I can do it. The specific derivation procedure is as follows.

混合粉体のプレス成形体などを樹脂埋め・断面加工し、SEM又はTEMを用いて断面像を観察する。まず粒子の組成をSEM-EDS又はTEM-EDSの面分析、点分析などを用いて解析し、粒子の種類がニッケルであるかイオン伝導性セラミックスであるかを判断する。例えば被観察対象の粒子の金属の主要な成分がニッケルであればニッケル粒子であり、主要な成分がジルコニウムであれば安定化ジルコニアであると判断することができる。 A press-molded body of mixed powder or the like is filled with resin and cross-sectioned, and the cross-sectional image is observed using SEM or TEM. First, the composition of the particles is analyzed using SEM-EDS or TEM-EDS surface analysis, point analysis, etc., and it is determined whether the type of particles is nickel or ion conductive ceramics. For example, if the main metal component of the particle to be observed is nickel, it can be determined that it is a nickel particle, and if the main component is zirconium, it can be determined that it is stabilized zirconia.

次に、以下の方法で粒子の体積を算出する。SEM又はTEMを用いて断面像を撮像し、粒子の二次元画像上における断面積を画像解析ソフト(例えば、画像解析ソフトImage Pro Premier 9.2(Media Cybernetics製))によって算出する。算出された面積と等価な面積を有する円の半径(円相当径)を算出する。粒子は、この円相当径を有する真球であると考え、円相当径から体積を計算する。 Next, the volume of the particles is calculated using the following method. A cross-sectional image is taken using SEM or TEM, and the cross-sectional area of the particle on the two-dimensional image is calculated using image analysis software (for example, image analysis software Image Pro Premier 9.2 (manufactured by Media Cybernetics)). The radius of a circle having an area equivalent to the calculated area (circle equivalent diameter) is calculated. The particle is considered to be a true sphere having this equivalent circle diameter, and the volume is calculated from the equivalent circle diameter.

最後に、この体積値の粒子(A)~(D)ごとの合計値を粒子(A)~(D)それぞれの含有体積量と決定し、この序列を粒子(A)~(D)の含有体積の序列と決定し、粒子(A)~(D)の含有体積量の比率を粒子(A)~(D)の含有体積の比率と決定する。断面観察の範囲は、断面像の少なくとも10μm角サイズの任意の領域を観察し、その領域に存在するすべての粒子を解析する。これによって、測定のばらつきが抑えられ、正確に粒子の含有体積の序列、比率を算出することが可能である。 Finally, the total value of this volume value for each particle (A) to (D) is determined as the volume content of each particle (A) to (D), and this ranking is determined as the content volume of each particle (A) to (D). The volume is determined as the order of volume, and the ratio of the volume content of particles (A) to (D) is determined as the ratio of volume content of particles (A) to (D). The range of cross-sectional observation is to observe an arbitrary region of at least 10 μm square in the cross-sectional image, and analyze all particles present in that region. As a result, variations in measurement are suppressed, and it is possible to accurately calculate the order and ratio of volumes contained in particles.

本発明の混合粉体は、粒子(A)(B)(C)(D)以外の成分を、本発明の効果を妨げない範囲でその仕様に応じて含有してもよい。 The mixed powder of the present invention may contain components other than particles (A), (B), (C), and (D) according to its specifications within a range that does not impede the effects of the present invention.

[本発明の混合粉体を用いた粒子組成物]
本発明の混合粉体は、粒子以外に溶剤を含有した組成物の状態で用いてもよい。溶剤を含有した状態は、一般にはスラリー、ペースト、インクなどと呼称される状態である。本発明の混合粉体は、溶剤を含有した組成物の状態とすると、材料作製にあたり、その粘度に応じて既存のスクリーン印刷、インクジェット、スピンコートなどの汎用的な塗膜作製技術を用いることができ、産業上有用である。
[Particle composition using mixed powder of the present invention]
The mixed powder of the present invention may be used in the form of a composition containing a solvent in addition to the particles. A state containing a solvent is generally called a slurry, paste, ink, or the like. When the mixed powder of the present invention is in the form of a composition containing a solvent, it is possible to use existing general-purpose coating film production techniques such as screen printing, inkjet, and spin coating depending on the viscosity of the material. and is industrially useful.

使用することが出来る溶剤としては、溶剤乾燥を穏やかに行うことで材料の割れなどを防ぐ観点から、溶剤の沸点が100℃以上であることが好ましい。使用可能な溶剤としては、例えば、アルコール系、芳香族系、炭化水素系、エステル系、ケトン系、エーテル系、アミン系の溶剤が挙げられる。アルコール系溶剤の例としては、1-ヘプタノール、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、1-ノナノール、3,5,5-トリメチル-1-ヘキサノール、1-デカノール、1-ウンデカノール、イソボルニルシクロヘキサノールなどの炭素数7以上の脂肪族アルコール類、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、トリメチレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、テトラメチレングリコール、メチルトリグリコール等の多価アルコール類、α-テルピネオール、β-テルピネオール、γ-テルピネオール等のテルピネオール類、さらにエチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、メチルメトキシブタノール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、2-フェノキシエタノール、1-フェノキシ-2-プロパノール等のエーテル基を有するアルコール類を挙げることができる。また、炭化水素系の溶媒として、例えば、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどを挙げることができる。アミン系の溶剤としては、オクチルアミン、オレイルアミンなどを用いることが出来る。また、水を用いることもできる。 The solvent that can be used preferably has a boiling point of 100° C. or higher, from the viewpoint of preventing cracking of the material by drying the solvent gently. Examples of usable solvents include alcohol-based, aromatic-based, hydrocarbon-based, ester-based, ketone-based, ether-based, and amine-based solvents. Examples of alcoholic solvents include 1-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, 1-nonanol, 3,5,5-trimethyl-1-hexanol, 1-decanol, 1- Aliphatic alcohols with 7 or more carbon atoms such as undecanol and isobornylcyclohexanol, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butane Diols, polyhydric alcohols such as 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, tetramethylene glycol, and methyl triglycol, terpineols such as α-terpineol, β-terpineol, and γ-terpineol, and ethylene glycol monomers. Propyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, methyl methoxybutanol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 2-phenoxyethanol, 1-phenoxy-2-propanol Examples include alcohols having an ether group such as. Examples of hydrocarbon solvents include octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, benzene, toluene, xylene, and ethylbenzene. As the amine solvent, octylamine, oleylamine, etc. can be used. Additionally, water can also be used.

また、組成物に含まれる溶剤は、添加剤を含んでいてもよい(以下、本発明においては、添加剤を含んでいる状態の溶剤も、単に溶剤と呼称する)。添加剤としては、粘度調整剤、チキソ剤、レベリング剤、界面活性剤、造孔剤などが挙げられる。例えば粘度調整剤としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ナイロン樹脂、アセタール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂等の熱可塑性樹脂などの有機バインダーが例示でき、これらを使用することで溶剤の粘度を調整することができ、作業性の更なる向上に有用である。 Further, the solvent contained in the composition may contain an additive (hereinafter, in the present invention, a solvent containing an additive is also simply referred to as a solvent). Examples of additives include viscosity modifiers, thixotropic agents, leveling agents, surfactants, and pore-forming agents. For example, viscosity modifiers include thermosetting resins such as phenol resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, urea resins, and melamine resins, polyethylene resins, acrylic resins, methacrylic resins, nylon resins, acetal resins, polyvinyl acetal resins, etc. Organic binders such as thermoplastic resins can be exemplified, and by using these organic binders, the viscosity of the solvent can be adjusted and are useful for further improving workability.

本発明の組成物において、混合粉体の含有比率は20重量%以上95重量%以下であり、残りが溶剤の割合とすることが好ましい。混合粉体の含有比率が95重量%を超えると、すなわち溶剤の含有比率が5重量%未満であると、粒子と溶剤の固液分離が発生しやすくなり、作業性が大幅に低下するおそれがある。一方、混合粉体の含有比率が20重量%を下回ると、すなわち溶剤含有比率が80重量%を超えると、組成物の粘性が低くなりすぎ、作業性が大幅に低下するおそれがある。 In the composition of the present invention, it is preferable that the content ratio of the mixed powder is 20% by weight or more and 95% by weight or less, with the remainder being the solvent. If the content ratio of the mixed powder exceeds 95% by weight, that is, if the content ratio of the solvent is less than 5% by weight, solid-liquid separation between the particles and the solvent will likely occur, which may significantly reduce workability. be. On the other hand, if the content ratio of the mixed powder is less than 20% by weight, that is, if the content ratio of the solvent exceeds 80% by weight, the viscosity of the composition may become too low and the workability may be significantly reduced.

組成物内の混合粉体の含有比率は、TG-DTA(示差熱・熱重量同時測定)を用いて昇温時の重量変化によって測定することができる。具体的には、窒素フローを行いながら800℃まで昇温することで溶剤を揮発あるいは分解させて除去した結果、減量分が溶剤の重量、残分が混合粉体重量であるので、混合粉体の含有重量比率を計算することができる。 The content ratio of the mixed powder in the composition can be measured using TG-DTA (differential thermal/thermogravimetric simultaneous measurement) based on the change in weight when the temperature is increased. Specifically, the solvent is removed by volatilization or decomposition by raising the temperature to 800°C while performing a nitrogen flow. As a result, the weight loss is the weight of the solvent and the remaining weight is the weight of the mixed powder. The content weight ratio of can be calculated.

金属ニッケル粒子(A)は、その製造方法を問わず利用できる。例えば、ニッケル塩および還元能力を有する化学成分を含む混合物から、湿式還元法によりニッケルイオンを加熱還元して析出させる公知の方法によって得られたものを使用できる。また、ガスアトマイズ法などを用いて作製してもよい。また、サブミクロン(100nm以上)程度のサイズの粒子であれば、ミクロンサイズの粒子を出発原料にして粉砕法により作製することも可能である。 Metal nickel particles (A) can be used regardless of the manufacturing method. For example, it is possible to use one obtained by a known method in which nickel ions are precipitated by heating reduction using a wet reduction method from a mixture containing a nickel salt and a chemical component having reducing ability. Alternatively, it may be produced using a gas atomization method or the like. Further, particles with a size of about submicrons (100 nm or more) can be produced by a pulverization method using micron-sized particles as a starting material.

イオン伝導性セラミックス粒子(B)はその製造方法を問わず利用できる。例えばイットリア安定化ジルコニアで言えば、東ソー製TZ-8Yのような市販品を用いることが出来る。また、合成することも可能であり、例えば安定化金属添加ジルコニアの合成方法としては、添加金属(例えば、イットリア安定化ジルコニアであればイットリア、スカンジア安定化ジルコニアであればスカンジウム)の塩とジルコニウムの塩から合成する共沈殿法のような方法が挙げられる。また、サブミクロン(100nm以上)程度のサイズの粒子であれば、ミクロンサイズの粒子を出発原料にして粉砕法により作製することも可能である。 The ion conductive ceramic particles (B) can be used regardless of the manufacturing method. For example, in the case of yttria-stabilized zirconia, commercially available products such as TZ-8Y manufactured by Tosoh Corporation can be used. It is also possible to synthesize, for example, a method for synthesizing stabilized metal-doped zirconia is to use a salt of an additive metal (for example, yttria for yttria-stabilized zirconia, or scandium for scandia-stabilized zirconia) and zirconium. Methods such as the coprecipitation method, which is synthesized from salts, can be mentioned. Further, particles with a size of about submicrons (100 nm or more) can be produced by a pulverization method using micron-sized particles as a starting material.

ニッケル含有粒子(C)及びイオン伝導性セラミックス粒子(D)は、その製造方法を問わず利用でき、市販品を用いてもよい。具体的には、ニッケル含有粒子(C)としては、関東化学製ニッケル粉末(品番28104-32)、高純度化学製ニッケル(品番NIE10PB)、Aldrich製ニッケル(品番268283)、東陽テクニカ製酸化ニッケル(製品名NiO Fine Grade)などを使用することが出来る。また、数十μm程度の粗大な粒子を原料として粉砕法を用いて目的の粒径を持つ粒子を作製しても構わない。イオン伝導性セラミックス粒子(D)は、東陽テクニカ製イットリア安定化ジルコニア粉末(製品名YSZ-8 Fine Grade)、東陽テクニカ製イットリア安定化ジルコニア粉末(製品名YSZ-8 Standard Grade)、第一稀元素工業製イットリア安定化ジルコニア粉末(製品名HSY-8)、東陽テクニカ製スカンジア安定化ジルコニア粉末(製品名10ScSZ TC Grade)などを使用することが出来る。また、数十μm程度の粗大な粒子を原料として粉砕法を用いて目的の粒径を持つ粒子を作製しても構わない。 The nickel-containing particles (C) and the ion-conductive ceramic particles (D) can be used regardless of their manufacturing method, and commercially available products may be used. Specifically, the nickel-containing particles (C) include nickel powder manufactured by Kanto Kagaku (product number 28104-32), nickel manufactured by Kojundo Kagaku (product number NIE10PB), nickel manufactured by Aldrich (product number 268283), and nickel oxide manufactured by Toyo Technica (product number 268283). (Product name: NiO Fine Grade) etc. can be used. Alternatively, particles having a desired particle size may be produced using a pulverization method using coarse particles of about several tens of μm as a raw material. The ion-conductive ceramic particles (D) are yttria-stabilized zirconia powder manufactured by Toyo Technica (product name YSZ-8 Fine Grade), yttria-stabilized zirconia powder manufactured by Toyo Technica (product name YSZ-8 Standard Grade), and the first rare element. Industrial-made yttria-stabilized zirconia powder (product name: HSY-8), scandia-stabilized zirconia powder (product name: 10ScSZ TC Grade) manufactured by Toyo Technica, etc. can be used. Alternatively, particles having a desired particle size may be produced using a pulverization method using coarse particles of about several tens of μm as a raw material.

本発明にて開示している混合粉体は、例えば、粒子(A)、粒子(B)、粒子(C)、粒子(D)の粉末をそれぞれ準備し、ボールミル、ビーズミル、ミキサー、乳鉢、自転公転撹拌装置等を用いて混合し、任意の溶剤と混練することで作製することが出来る。 The mixed powder disclosed in the present invention can be prepared by preparing powders of particles (A), particles (B), particles (C), and particles (D), respectively, and then using a ball mill, a bead mill, a mixer, a mortar, or an autorotating machine. It can be produced by mixing using a revolving stirring device or the like and kneading with any solvent.

本発明における混合粉体を用いて電極を形成する方法は、例えばSOFC燃料極に用いる場合、SOFCの製造に一般的に用いられる方法であれば、特に制限されない。一例として、支持体である電解質基板上にスクリーン印刷、ドクターブレード等によりペースト塗布膜を形成し、次いで焼成することにより得られる(電解質サポートタイプ)。また、混合粉体の圧粉体を形成し、圧粉体の一面に電解質層を形成する手法も用いることができる(燃料極サポートタイプ)。 The method of forming an electrode using the mixed powder in the present invention is not particularly limited, as long as it is a method generally used for manufacturing SOFC, for example, when used in a SOFC fuel electrode. For example, it can be obtained by forming a paste coating film on an electrolyte substrate as a support by screen printing, doctor blade, etc., and then baking it (electrolyte support type). Alternatively, a method of forming a powder compact of mixed powder and forming an electrolyte layer on one surface of the compact can also be used (fuel electrode support type).

前記混合粉体の成形体や、前記組成物の塗布膜を焼成する際の焼成温度と時間は1200~1500℃で1~5時間であり、好ましい温度としては1250~1450℃である。 The firing temperature and time for firing the molded body of the mixed powder and the coating film of the composition are 1200 to 1500°C for 1 to 5 hours, and the preferred temperature is 1250 to 1450°C.

本発明における混合粉体及びその組成物は、例えば、電解質支持型、メタル支持型の各種SOFCにおける燃料極層、並びに、燃料極支持型SOFCにおける燃料極支持体及び燃料極層に適用可能である。また、プロトン伝導型燃料電池にも適用可能である。また、固体電解質型の水電解セルのカソードとしても適用できる。また、天然ガス等の炭化水素系化合物の改質触媒、ドライリフォーミングやアンモニア分解反応など、幅広く触媒用途に応用可能である。 The mixed powder and its composition in the present invention can be applied, for example, to fuel electrode layers in various types of electrolyte-supported and metal-supported SOFCs, and to fuel electrode supports and fuel electrode layers in fuel-electrode supported SOFCs. . It is also applicable to proton conduction fuel cells. It can also be applied as a cathode of a solid electrolyte type water electrolysis cell. In addition, it can be applied to a wide range of catalytic applications, such as reforming catalysts for hydrocarbon compounds such as natural gas, dry reforming, and ammonia decomposition reactions.

[ニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体の評価]
[実施例1~32、比較例1~13]
表1-1~1-4に記載した通りに、粒子(A)~(D)のメジアン径と比率を有する実施例1~32及び比較例1~13のニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体を作製した。以下、実施例1~32及び比較例1~13のニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体の製造方法を説明する。
[Evaluation of nickel-ion conductive ceramic mixed powder]
[Examples 1 to 32, Comparative Examples 1 to 13]
Nickel-ion conductive ceramic mixed powders of Examples 1 to 32 and Comparative Examples 1 to 13 having median diameters and ratios of particles (A) to (D) as described in Tables 1-1 to 1-4. was created. The method for producing the nickel-ion conductive ceramic mixed powders of Examples 1 to 32 and Comparative Examples 1 to 13 will be described below.

[金属ニッケル粒子(A)の合成工程]
オレイルアミン200gに酢酸ニッケル四水和物を82g加え、窒素気流下で、140℃に加熱して180分間保持することで錯化反応液を得た。この錯化反応液に、窒素気流下で20%フェニルリチウム(PhLi)・ジブチルエーテル溶液を0.4g加え、マントルヒーターにて、250℃まで加熱し、さらに250℃で5分間加熱することで、金属ニッケル粒子(A)を得た。透過型電子顕微鏡(TEM)及びエネルギー分散形X線分析装置(EDS)により、前記金属ニッケル粒子(A)は、その断面においてニッケル元素を92重量%含有することを確認した。
[Synthesis process of metal nickel particles (A)]
82 g of nickel acetate tetrahydrate was added to 200 g of oleylamine, heated to 140° C. under a nitrogen stream, and held for 180 minutes to obtain a complexing reaction solution. To this complexing reaction solution, 0.4 g of 20% phenyllithium (PhLi) dibutyl ether solution was added under a nitrogen stream, heated to 250 ° C. with a mantle heater, and further heated at 250 ° C. for 5 minutes. Metal nickel particles (A) were obtained. Using a transmission electron microscope (TEM) and an energy dispersive X-ray analyzer (EDS), it was confirmed that the metal nickel particles (A) contained 92% by weight of nickel element in their cross section.

なお、前記金属ニッケル粒子(A)のメジアン径は、この工程において、使用する化学物質の配合比率と、加熱時間を1分から20分の範囲内で適切に調整することで、表1-1及び表1-2に示すメジアン径に制御可能である。 The median diameter of the metal nickel particles (A) can be determined as shown in Table 1-1 by appropriately adjusting the blending ratio of the chemical substances used and the heating time within the range of 1 to 20 minutes in this step. It is possible to control the median diameter shown in Table 1-2.

[イオン伝導性セラミックス粒子(B)の準備]
イオン伝導性セラミックス粒子(B)は市販品もしくは合成品を使用した。メジアン径40nmの粒子については、上記の通り東ソー製、商品名TZ-8Yを使用した。
[Preparation of ion conductive ceramic particles (B)]
As the ion conductive ceramic particles (B), commercially available products or synthetic products were used. As for particles with a median diameter of 40 nm, TZ-8Y manufactured by Tosoh Corporation was used as described above.

メジアン径40nm以外の粒子については、共沈法により作製した。イットリア安定化ジルコニアの合成方法、メジアン径調整方法としては、以下手順による。ジルコニウム源であるZrO(NO・xHOと、イットリウム源であるY(NO・6HOを純水に溶解した後、pH=13の水酸化ナトリウム水溶液を滴下した。沈殿物の上澄み溶液をデカンテーションにより除去し、沈殿物をエタノールと蒸留水で洗浄することで、目的物であるイットリア安定化ジルコニア(表1-1等の「YSZ」)を単離した。なお、メジアン径の制御は、ZrO(NO・xHOとY(NO・6HOの濃度、水酸化ナトリウム水溶液の滴下速度を調整することで実施した。 Particles having a median diameter other than 40 nm were produced by a coprecipitation method. The method for synthesizing yttria-stabilized zirconia and the method for adjusting the median diameter are as follows. After dissolving ZrO(NO 3 ) 2 ·xH 2 O as a zirconium source and Y(NO 3 ) 3 ·6H 2 O as an yttrium source in pure water, a sodium hydroxide aqueous solution having a pH of 13 was added dropwise. The supernatant solution of the precipitate was removed by decantation, and the precipitate was washed with ethanol and distilled water to isolate the target product, yttria-stabilized zirconia ("YSZ" in Table 1-1, etc.). The median diameter was controlled by adjusting the concentrations of ZrO(NO 3 ) 2.xH 2 O and Y(NO 3 ) 3.6H 2 O and the dropping rate of the aqueous sodium hydroxide solution.

スカンジア安定化ジルコニアの合成方法、メジアン径調整方法としては、以下手順による。ジルコニウム源であるZrO(NO・xHOと、スカンジウム源であるSc(NOを純水に溶解した後、pH=13の水酸化ナトリウム水溶液を滴下した。沈殿物の上澄み溶液をデカンテーションにより除去し、沈殿物をエタノールと蒸留水で洗浄することで、目的物であるスカンジア安定化ジルコニア(表1-1の「ScSZ」)を単離した。なお、メジアン径の制御は、ZrO(NO・xHOとSc(NOの濃度、水酸化ナトリウム水溶液の滴下速度を調整することで実施した。イットリア安定化ジルコニアの1000℃における単結晶バルク体の導電率が0.1S/cm、スカンジア安定化ジルコニアの1000℃における単結晶バルク体の導電率が0.2S/cmであった。 The method for synthesizing scandia-stabilized zirconia and the method for adjusting the median diameter are as follows. After dissolving ZrO(NO 3 ) 2 ·xH 2 O, which is a zirconium source, and Sc(NO 3 ) 3 , which is a scandium source, in pure water, an aqueous sodium hydroxide solution having a pH of 13 was added dropwise. The supernatant solution of the precipitate was removed by decantation, and the precipitate was washed with ethanol and distilled water to isolate the target scandia-stabilized zirconia ("ScSZ" in Table 1-1). Note that the median diameter was controlled by adjusting the concentrations of ZrO(NO 3 ) 2.xH 2 O and Sc(NO 3 ) 3 and the dropping rate of the aqueous sodium hydroxide solution. The conductivity of the single crystal bulk body of yttria-stabilized zirconia at 1000°C was 0.1 S/cm, and the conductivity of the single crystal bulk body of scandia-stabilized zirconia at 1000°C was 0.2 S/cm.

[ニッケル含有粒子(C)、イオン伝導性セラミックス粒子(D)の準備]
ニッケル含有粒子(C)とイオン伝導性セラミックス粒子(D)は、市販品の使い分けと、粗大粒子の粉砕操作によってメジアン径を調整した。ニッケル含有粒子(C)としては、実施例8~10、12、14~15、17、28、比較例4、6については高純度化学製ニッケル(品番NIE10PB)を、実施例16、18~20、23~25、比較例2、8、10についてはAldrich製ニッケル(品番268283)を、実施例22については関東化学製ニッケル粉末(品番28104-32)を、実施例26~27、比較例1、比較例5、比較例9については東陽テクニカ製酸化ニッケル(製品名NiO Fine Grade)を、実施例29~30については粉砕法によりメジアン径を調整したニッケル粉末を使用した。イオン伝導性セラミックス粒子(D)としては、実施例10~22、24~28、比較例2、4~6、8~10については東陽テクニカ製イットリア安定化ジルコニア粉末(製品名YSZ-8 Fine Grade)を、実施例23、比較例1については東陽テクニカ製イットリア安定化ジルコニア粉末(製品名YSZ-8 Standard Grade)を、実施例31~32については粉砕法によりメジアン径を調整したイットリア安定化ジルコニア粉末を、実施例28については東陽テクニカ製スカンジア安定化ジルコニア粉末(製品名10ScSZ TC Grade)を使用した。
[Preparation of nickel-containing particles (C) and ion-conductive ceramic particles (D)]
The median diameter of the nickel-containing particles (C) and ion-conductive ceramic particles (D) was adjusted by using commercially available products and by grinding coarse particles. As the nickel-containing particles (C), for Examples 8 to 10, 12, 14 to 15, 17, 28, and Comparative Examples 4 and 6, Kojundo Kagaku nickel (product number NIE10PB) was used, and for Examples 16, 18 to 20 , 23-25, Comparative Examples 2, 8, and 10 using Aldrich nickel (product number 268283), Example 22 using Kanto Kagaku nickel powder (product number 28104-32), Examples 26-27, Comparative Example 1 For Comparative Examples 5 and 9, nickel oxide manufactured by Toyo Technica (product name: NiO Fine Grade) was used, and for Examples 29 to 30, nickel powder whose median diameter was adjusted by a pulverization method was used. As the ion conductive ceramic particles (D), for Examples 10 to 22, 24 to 28 and Comparative Examples 2, 4 to 6, and 8 to 10, yttria stabilized zirconia powder manufactured by Toyo Technica (product name YSZ-8 Fine Grade) was used. ), yttria-stabilized zirconia powder manufactured by Toyo Technica (product name YSZ-8 Standard Grade) for Example 23 and Comparative Example 1, and yttria-stabilized zirconia whose median diameter was adjusted by a pulverization method for Examples 31 and 32. As for the powder, in Example 28, Scandia stabilized zirconia powder (product name: 10ScSZ TC Grade) manufactured by Toyo Technica was used.

[混合粉体の作製工程]
得られた金属ニッケル粒子(A)をトルエンで溶剤置換して、トルエンを乾燥除去することで、金属ニッケル粒子(A)を単離した。この金属ニッケル粒子(A)に対し、イオン伝導性セラミックス粒子(B)、ニッケル含有粒子(C)又はイオン伝導性セラミックス(D)を添加し、粒子(A)~(D)の混合物を得た。これら粒子(A)~(D)の混合比率の調整は、金属ニッケル粒子(A)に対して添加される、イオン伝導性セラミックス粒子(B)、ニッケル含有粒子(C)及びイオン伝導性セラミックス(D)の重量をそれぞれ測定することで調整した。但し、前記金属ニッケル粒子(A)、イオン伝導性セラミックス粒子(B)、ニッケル含有粒子(C)及びイオン伝導性セラミックス(D)は、量りとった粒子の重量、固体密度を用いて体積に換算して、表1-3及び表1-4に記載した含有比率(vol%)に示されるように添加した。
[Mixed powder production process]
The metal nickel particles (A) were isolated by replacing the solvent of the obtained metal nickel particles (A) with toluene and removing the toluene by drying. Ion-conducting ceramic particles (B), nickel-containing particles (C), or ion-conducting ceramics (D) were added to the metal nickel particles (A) to obtain a mixture of particles (A) to (D). . The mixing ratio of these particles (A) to (D) can be adjusted by adjusting the mixing ratio of ion conductive ceramic particles (B), nickel-containing particles (C) and ion conductive ceramic particles ( D) was adjusted by measuring the weight of each. However, the metal nickel particles (A), ion-conductive ceramic particles (B), nickel-containing particles (C), and ion-conductive ceramics (D) are converted into volume using the weight of the weighed particles and solid density. and added as shown in the content ratios (vol%) listed in Tables 1-3 and 1-4.

粒子(A)~(D)の混合物をビーズミルを用いて混練することで、ニッケル-イットリア安定化ジルコニアの混合粉体を得た。 A mixture of particles (A) to (D) was kneaded using a bead mill to obtain a mixed powder of nickel-yttria stabilized zirconia.

[メジアン径、含有体積量の測定]
混合粉体を適量取り、エポキシ樹脂で包埋し、断面研磨とFIB加工により断面出しを行った。本サンプルの断面TEM観察を行い、10μm角の領域のTEM観察を実施した。TEMは電解放出型透過電子顕微鏡JEM-2100F(日本電子製)を、EDSはJED-2300T(日本電子製)を用いた。TEM-EDSを用いて各粒子がニッケルであるか、イオン伝導性セラミックス粒子であるかを判定した。TEM画像を撮像し、粒子径測定に用いた。粒子径の測定は、画像解析ソフトImage Pro Premier 9.2(Media Cybernetics製)を用いて実施した。粒子径の具体的な解析手順としては、画像の明るさ、コントラスト、ガンマ値を調節し、続いてTEMのスケールバーを用いて較正データを作成する。測定項目として「面積」を設定、分割コマンドを用いて粒子境界を検出させる。カウントコマンドを実行し粒子の面積を求め、粒子径=円相当径=2×√(面積÷円周率)を算出し、このデータから粒子のメジアン径(すなわちD50値)を決定した。この際、粒子の面積が1pixel×1pixel以下である測定値については、TEM画像の画素数の最小単位であることから測定の正確性を損ねると判断し、除外して解析した。また、ここで得られた各粒子の円相当径を用いて粒子の体積=4÷3×円周率×(円相当径÷2)を算出し、粒子(A)~(D)それぞれで合計を取ることで粒子(A)~(D)それぞれの含有体積量を算出し、粒子(A)~(D)の含有体積量の比率を決定した。
[Measurement of median diameter and volume content]
An appropriate amount of the mixed powder was taken, embedded in epoxy resin, and cross-sectioned by cross-section polishing and FIB processing. Cross-sectional TEM observation of this sample was performed, and TEM observation of a 10 μm square area was performed. A field emission transmission electron microscope JEM-2100F (manufactured by JEOL Ltd.) was used for TEM, and a JED-2300T (manufactured by JEOL Ltd.) was used for EDS. Using TEM-EDS, it was determined whether each particle was nickel or an ion-conductive ceramic particle. A TEM image was taken and used for particle size measurement. The particle diameter was measured using image analysis software Image Pro Premier 9.2 (manufactured by Media Cybernetics). As a specific procedure for analyzing the particle size, the brightness, contrast, and gamma value of the image are adjusted, and then calibration data is created using the scale bar of the TEM. Set "area" as the measurement item and use the division command to detect particle boundaries. A count command was executed to determine the area of the particles, particle diameter=circle equivalent diameter=2×√(area÷pi), and the median diameter of the particles (ie, D50 value) was determined from this data. At this time, measurement values in which the particle area was 1 pixel x 1 pixel or less were judged to impair the accuracy of the measurement since this is the smallest unit of the number of pixels in a TEM image, and were excluded from the analysis. Also, using the equivalent circle diameter of each particle obtained here, calculate the volume of the particle = 4 ÷ 3 × pi × (equivalent circle diameter ÷ 2) 3 , and calculate the particle volume for each of particles (A) to (D). The volume content of each of particles (A) to (D) was calculated by taking the total, and the ratio of the volume content of particles (A) to (D) was determined.

前記粒子(A)、前記粒子(B)、前記粒子(C)及び前記粒子(D)のメジアン径、含有比率(vol%)は、表1-1~1-4の通りであった。 The median diameter and content ratio (vol%) of the particles (A), the particles (B), the particles (C), and the particles (D) were as shown in Tables 1-1 to 1-4.

[ニッケル元素とイオン伝導性セラミックスの体積比率]
混合粉体を以下の手順によりICP発光分光分析し、ニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの体積比率を算出した。まず、混合粉体を酸溶液に溶解し、ICP発光分光分析を行った。得られた測定値から、ニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの重量比率を算出した。この値を、それぞれの固体密度(ニッケルが8.9g/cm、イットリア安定化ジルコニアが6.0g/cm)を用いて体積比率に換算することでニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの体積比率を算出した。同様の手法にて、ニッケル元素とスカンジア安定化ジルコニアの体積比率を算出した。その結果を表1-3及び表1-4の「ニッケル元素の含有量」及び「イオン伝導性セラミックスの含有量」の欄に示す。
[Volume ratio of nickel element and ion conductive ceramics]
The mixed powder was subjected to ICP emission spectroscopy analysis according to the following procedure, and the volume ratio of nickel element to yttria-stabilized zirconia was calculated. First, the mixed powder was dissolved in an acid solution and subjected to ICP emission spectroscopy. From the obtained measured values, the weight ratio of nickel element to yttria-stabilized zirconia was calculated. By converting this value into a volume ratio using each solid density (8.9 g/cm 3 for nickel and 6.0 g/cm 3 for yttria-stabilized zirconia), the volume ratio of nickel element to yttria-stabilized zirconia is determined. was calculated. Using a similar method, the volume ratio of nickel element to scandia-stabilized zirconia was calculated. The results are shown in the columns of "nickel element content" and "ion conductive ceramic content" in Tables 1-3 and 1-4.

[電解質ペーストの調製工程]
イットリア安定化ジルコニア粉末(東ソー製、商品名TZ-8Y)をα-テルピネオールと重量比3:1で混合し、メノウ乳鉢にて混練することで電解質ペーストを調整した。
[Preparation process of electrolyte paste]
An electrolyte paste was prepared by mixing yttria-stabilized zirconia powder (manufactured by Tosoh, trade name TZ-8Y) with α-terpineol at a weight ratio of 3:1 and kneading in an agate mortar.

[評価サンプルの作製工程]
作製した混合粉体を8mmφの熱プレス成型用金型に充填し、ハンドプレス機を用いて0.1tの荷重を3分間かけ、混合粉体成形体を作製した。なお、混合粉体成形体の厚みが500μmになるよう、混合粉体の使用量を調節した。混合粉体成形体の片面に先に調製した電解質ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、ホットプレート上にて100℃30分で乾燥し、溶剤を除去した。このサンプルを1400℃で2時間焼成した(以下、焼成された混合粉体成形体を混合粉体焼成体と呼ぶ)。電解質層をはさんで混合粉体焼成体の反対側の面に、Ptペースト(田中貴金属製TR-7070)を、スクリーン印刷法にて6mmφの寸法で塗布し、その後、1200℃にて2時間焼成した。さらに、この電解質層の側面に白金線を巻き付け、参照極とし、評価サンプルを作製した。集電材として、Ptメッシュを使用した。
[Evaluation sample production process]
The produced mixed powder was filled into an 8 mmφ hot press mold, and a load of 0.1 t was applied for 3 minutes using a hand press machine to produce a mixed powder molded body. The amount of mixed powder used was adjusted so that the thickness of the mixed powder molded body was 500 μm. The previously prepared electrolyte paste was applied to one side of the mixed powder compact by screen printing, and dried on a hot plate at 100° C. for 30 minutes to remove the solvent. This sample was fired at 1400° C. for 2 hours (hereinafter, the fired mixed powder molded body will be referred to as mixed powder fired body). Pt paste (TR-7070 manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) was applied to the opposite side of the mixed powder fired body across the electrolyte layer in a size of 6 mm by screen printing, and then heated at 1200°C for 2 hours. Fired. Furthermore, a platinum wire was wound around the side surface of this electrolyte layer to serve as a reference electrode, and an evaluation sample was prepared. Pt mesh was used as a current collector.

[評価]
この混合粉体焼成体の電荷移動抵抗値、オーム抵抗値を交流インピーダンス法により測定した。電荷移動抵抗値が低いほど触媒活性が高いといえ、オーム抵抗値が低いほど導電性が高いと言える。測定温度は800℃とし、測定周波数は1MHz~0.01Hzとした。また、混合粉体焼成体側には3%HO-97%Hを、電解質を挟んで混合粉体焼成体と反対側の層には乾燥空気を通じた。
[evaluation]
The charge transfer resistance value and ohmic resistance value of this mixed powder fired body were measured by an AC impedance method. It can be said that the lower the charge transfer resistance value, the higher the catalytic activity, and the lower the ohmic resistance value, the higher the conductivity. The measurement temperature was 800° C., and the measurement frequency was 1 MHz to 0.01 Hz. Furthermore, 3% H 2 O-97% H 2 was passed through the mixed powder fired body side, and dry air was passed through the layer on the opposite side of the mixed powder fired body with the electrolyte in between.

[評価基準]
電荷移動抵抗値は、比較例1の測定値と比較評価した。比較例1は、メジアン径が1μmの酸化ニッケル粒子とメジアン径が3μmのイットリア安定化ジルコニア粒子からなる混合粉体であり、従来技術の評価サンプルである。比較例1の測定値と比較して80%以下である場合を★、85%以下である場合を◎、90%以下である場合を○、90%を超えている場合を×と判断した。オーム抵抗値は、比較例1の測定値と比較して80%以下である場合を★、85%以下である場合を◎、90%以下である場合を○、90%を超えている場合を×と判断した。
[Evaluation criteria]
The charge transfer resistance value was compared and evaluated with the measured value of Comparative Example 1. Comparative Example 1 is a mixed powder consisting of nickel oxide particles with a median diameter of 1 μm and yttria-stabilized zirconia particles with a median diameter of 3 μm, and is an evaluation sample of the prior art. When compared with the measured value of Comparative Example 1, it was judged as ★ if it was 80% or less, ◎ if it was 85% or less, ○ if it was 90% or less, and × if it exceeded 90%. The ohmic resistance value is ★ if it is 80% or less compared to the measured value of Comparative Example 1, ◎ if it is 85% or less, ○ if it is 90% or less, and ○ if it is more than 90%. It was judged as ×.

Figure 0007381248000001
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Figure 0007381248000004
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本発明に係る発明例は実施例1~32であり、粒子(C)を含有する実施例は8~10、12、14~30であり、粒子(D)を含有する実施例は10~28、31、32である。また、粒子(C)及び(D)を含有する前記実施例のうち、実施例14~28は、前記粒子(A)の含有体積量>前記粒子(C)の含有体積量という関係を満たし、且つ 前記粒子(B)の含有体積量>前記粒子(D)の含有体積量という関係を満たす。比較例1~13には本発明のニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体の要件を満足しない場合の結果を示す。 Invention examples according to the present invention are Examples 1 to 32, Examples containing particles (C) are Examples 8 to 10, 12, 14 to 30, and Examples containing particles (D) are Examples 10 to 28. , 31, 32. Further, among the Examples containing particles (C) and (D), Examples 14 to 28 satisfy the relationship of volume content of particle (A) > volume content of particle (C), and the relationship of volume content of the particles (B)>volume content of the particles (D) is satisfied. Comparative Examples 1 to 13 show results in cases where the requirements for the nickel-ion conductive ceramic mixed powder of the present invention were not satisfied.

本発明に係る実施例1~32の混合粉体は、メジアン径が10nm以上200nm以下である金属ニッケル粒子(A)と、メジアン径が10nm以上200nm以下であるイオン伝導性セラミックス粒子(B)からなり、ニッケル元素の体積と、イオン伝導性セラミックス粒子を構成する酸化物の体積との比率が20/80から80/20の範囲内であることにより、これらの要件を満たしていない従来技術による比較例1と比較して、高い触媒活性と、高い導電性を両立することが確認された。 The mixed powders of Examples 1 to 32 according to the present invention are made of metal nickel particles (A) having a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less, and ion conductive ceramic particles (B) having a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less. Comparison with conventional technology that does not meet these requirements because the ratio of the volume of nickel element to the volume of oxide constituting the ion-conductive ceramic particles is within the range of 20/80 to 80/20. Compared to Example 1, it was confirmed that both high catalytic activity and high conductivity were achieved.

また、メジアン径が300nm以上10μm以下であるニッケル含有粒子(C)を含む実施例8~10、12、14~28では、導電性が更に向上していることが確認された。また、メジアン径が300nm以上10μm以下であるイオン伝導性セラミックス粒子(D)を含むことを特徴とする実施例10~28では、導電性が上昇していることが確認された。 また、実施例8~28のうち、金属ニッケル粒子(A)の含有体積量がニッケル含有粒子(C)の含有体積量より多く、粒子(B)の含有体積量が粒子(D)の含有体積量より多いことを特徴とする実施例9、13~28では、電荷移動抵抗値が低減されていることが確認された。 Further, in Examples 8 to 10, 12, and 14 to 28 containing nickel-containing particles (C) having a median diameter of 300 nm or more and 10 μm or less, it was confirmed that the conductivity was further improved. Furthermore, it was confirmed that in Examples 10 to 28, which were characterized by containing ion-conductive ceramic particles (D) having a median diameter of 300 nm or more and 10 μm or less, the conductivity was increased. Further, among Examples 8 to 28, the volume content of the metal nickel particles (A) is greater than the volume content of the nickel-containing particles (C), and the volume content of the particles (B) is greater than the volume content of the particles (D). It was confirmed that in Examples 9 and 13 to 28, which were characterized by a larger amount than the amount, the charge transfer resistance value was reduced.

[ニッケル-イオン伝導性セラミックス組成物の評価]
[実施例41~78、比較例41~53]
表2-1~表2-6に記載した通りに、粒子(A)~(D)のメジアン径と含有比率を有する実施例31~78及び比較例41~53のニッケル-イオン伝導性セラミックス組成物を作製した。以下、実施例31~78、比較例41~53のニッケル-イオン伝導性セラミックス組成物の製造方法を説明する。
[Evaluation of nickel-ion conductive ceramic composition]
[Examples 41 to 78, Comparative Examples 41 to 53]
Nickel-ion conductive ceramic compositions of Examples 31 to 78 and Comparative Examples 41 to 53 having the median diameter and content ratio of particles (A) to (D) as described in Tables 2-1 to 2-6. I made something. The method for producing the nickel-ion conductive ceramic compositions of Examples 31 to 78 and Comparative Examples 41 to 53 will be described below.

[金属ニッケル粒子(A)の合成工程]
オレイルアミン200gに酢酸ニッケル四水和物を82g加え、窒素気流下で、140℃に加熱して180分間保持することで錯化反応液を得た。この錯化反応液に、窒素気流下で20%フェニルリチウム(PhLi)・ジブチルエーテル溶液を0.4g加え、マントルヒーターにて、250℃まで加熱し、さらに250℃で5分間加熱することで、金属ニッケル粒子(A)を得た。透過型電子顕微鏡(TEM)及びエネルギー分散形X線分析装置(EDS)により、前記金属ニッケル粒子(A)は、その断面においてニッケル元素を92重量%含有することを確認した。
[Synthesis process of metal nickel particles (A)]
82 g of nickel acetate tetrahydrate was added to 200 g of oleylamine, heated to 140° C. under a nitrogen stream, and held for 180 minutes to obtain a complexing reaction solution. To this complexing reaction solution, 0.4 g of 20% phenyllithium (PhLi) dibutyl ether solution was added under a nitrogen stream, heated to 250 ° C. with a mantle heater, and further heated at 250 ° C. for 5 minutes. Metal nickel particles (A) were obtained. Using a transmission electron microscope (TEM) and an energy dispersive X-ray analyzer (EDS), it was confirmed that the metal nickel particles (A) contained 92% by weight of nickel element in their cross section.

なお、金属ニッケル粒子(A)のメジアン径は、この工程において、使用する化学物質の配合比率と、加熱時間を1分から20分の範囲内で適切に調整することで、表2-1及び表2-2に示すメジアン径に制御可能である。 In addition, the median diameter of the metal nickel particles (A) can be determined in Table 2-1 and Table 2-1 by appropriately adjusting the compounding ratio of the chemical substances used and the heating time within the range of 1 to 20 minutes in this step. It is possible to control the median diameter shown in 2-2.

[イオン伝導性セラミックス粒子(B)の準備]
イオン伝導性セラミックス粒子(B)は市販品もしくは合成品を使用した。メジアン径40nmの粒子については、上記の通り東ソー製、商品名TZ-8Yを使用した。
メジアン径40nm以外の粒子については、共沈法により作製した。イットリア安定化ジルコニアの合成方法、粒子径調整方法としては、以下手順による。ジルコニウム源であるZrO(NO・xHOと、イットリウム源であるY(NO・6HOを純水に溶解した後、pH=13の水酸化ナトリウム水溶液を滴下した。沈殿物の上澄み溶液をデカンテーションにより除去し、沈殿物をエタノールと蒸留水で洗浄することで、目的物であるイットリア安定化ジルコニア(表2-1等の「YSZ」)を単離した。なお、メジアン径の制御は、ZrO(NO・xHOとY(NO・6HOの濃度、水酸化ナトリウム水溶液の滴下速度を調整することで実施した。
[Preparation of ion conductive ceramic particles (B)]
As the ion conductive ceramic particles (B), commercially available products or synthetic products were used. As for particles with a median diameter of 40 nm, TZ-8Y manufactured by Tosoh Corporation was used as described above.
Particles having a median diameter other than 40 nm were produced by a coprecipitation method. The method for synthesizing yttria-stabilized zirconia and the method for adjusting the particle size are as follows. After dissolving ZrO(NO 3 ) 2 ·xH 2 O as a zirconium source and Y(NO 3 ) 3 ·6H 2 O as an yttrium source in pure water, a sodium hydroxide aqueous solution having a pH of 13 was added dropwise. The supernatant solution of the precipitate was removed by decantation, and the precipitate was washed with ethanol and distilled water to isolate the target product, yttria-stabilized zirconia ("YSZ" in Table 2-1, etc.). The median diameter was controlled by adjusting the concentrations of ZrO(NO 3 ) 2.xH 2 O and Y(NO 3 ) 3.6H 2 O and the dropping rate of the aqueous sodium hydroxide solution.

スカンジア安定化ジルコニアの合成方法、メジアン径調整方法としては、以下手順による。ジルコニウム源であるZrO(NO・xHOと、スカンジウム源であるSc(NOを純水に溶解した後、pH=13の水酸化ナトリウム水溶液を滴下した。沈殿物の上澄み溶液をデカンテーションにより除去し、沈殿物をエタノールと蒸留水で洗浄することで、目的物であるスカンジア安定化ジルコニア(表2-1の「ScSZ」)を単離した。なお、メジアン径の制御は、ZrO(NO・xHOとSc(NOの濃度、水酸化ナトリウム水溶液の滴下速度を調整することで実施した。イットリア安定化ジルコニアの1000℃における単結晶バルク体の導電率が0.1S/cm、スカンジア安定化ジルコニアの1000℃における単結晶バルク体の導電率が0.2S/cmであった。 The method for synthesizing scandia-stabilized zirconia and the method for adjusting the median diameter are as follows. After dissolving ZrO(NO 3 ) 2 ·xH 2 O, which is a zirconium source, and Sc(NO 3 ) 3 , which is a scandium source, in pure water, an aqueous sodium hydroxide solution having a pH of 13 was added dropwise. The supernatant solution of the precipitate was removed by decantation, and the precipitate was washed with ethanol and distilled water to isolate scandia-stabilized zirconia ("ScSZ" in Table 2-1), which was the target product. Note that the median diameter was controlled by adjusting the concentrations of ZrO(NO 3 ) 2.xH 2 O and Sc(NO 3 ) 3 and the dropping rate of the aqueous sodium hydroxide solution. The conductivity of the single crystal bulk body of yttria-stabilized zirconia at 1000°C was 0.1 S/cm, and the conductivity of the single crystal bulk body of scandia-stabilized zirconia at 1000°C was 0.2 S/cm.

[ニッケル含有粒子(C)、イオン伝導性セラミックス粒子(D)の準備]
ニッケル含有粒子(C)とイオン伝導性セラミックス粒子(D)は、市販品の使い分けと、粗大粒子の粉砕操作によってメジアン径を調整した。
ニッケル含有粒子(C)としては、実施例50~52、54、56~59、61、74、比較例44、46については高純度化学製ニッケル(品番NIE10PB)を、実施例60、62~65、67~69、比較例42、48、50についてはAldrich製ニッケル(品番268283)を、実施例66については関東化学製ニッケル粉末(品番28104-32)を、実施例70~73、比較例41、比較例45、比較例49については東陽テクニカ製酸化ニッケル(製品名NiO Fine Grade)を、実施例75~76については粉砕法によりメジアン径を調整したニッケル粉末を使用した。
イオン伝導性セラミックス粒子(D)としては、実施例52~67、68~74、比較例42、44~46、48~50については東陽テクニカ製イットリア安定化ジルコニア粉末(製品名YSZ-8 Fine Grade)を、実施例67、比較例41については東陽テクニカ製イットリア安定化ジルコニア粉末(製品名YSZ-8 Standard Grade)を、実施例77~78については粉砕法によりメジアン径を調整したイットリア安定化ジルコニア粉末を、実施例74については東陽テクニカ製スカンジア安定化ジルコニア粉末(製品名10ScSZ TC Grade)を使用した。
[Preparation of nickel-containing particles (C) and ion-conductive ceramic particles (D)]
The median diameter of the nickel-containing particles (C) and ion-conductive ceramic particles (D) was adjusted by using commercially available products and by grinding coarse particles.
As the nickel-containing particles (C), for Examples 50 to 52, 54, 56 to 59, 61, 74, and Comparative Examples 44 and 46, Kojundo Kagaku nickel (product number NIE10PB) was used, and for Examples 60, 62 to 65 , 67-69, Comparative Examples 42, 48, 50, Aldrich nickel (product number 268283), Example 66, Kanto Kagaku nickel powder (product number 28104-32), Examples 70-73, Comparative Example 41 For Comparative Examples 45 and 49, nickel oxide manufactured by Toyo Technica (product name: NiO Fine Grade) was used, and for Examples 75 to 76, nickel powder whose median diameter was adjusted by a pulverization method was used.
As the ion conductive ceramic particles (D), for Examples 52 to 67, 68 to 74, and Comparative Examples 42, 44 to 46, and 48 to 50, yttria stabilized zirconia powder manufactured by Toyo Technica (product name YSZ-8 Fine Grade) was used. ), yttria-stabilized zirconia powder manufactured by Toyo Technica (product name YSZ-8 Standard Grade) for Example 67 and Comparative Example 41, and yttria-stabilized zirconia whose median diameter was adjusted by a pulverization method for Examples 77 and 78. For Example 74, Scandia stabilized zirconia powder (product name: 10ScSZ TC Grade) manufactured by Toyo Technica was used as the powder.

[混合粉体の作製工程]
得られた金属ニッケル粒子(A)をトルエンで溶剤置換して、トルエンを乾燥除去することで、金属ニッケル粒子(A)を単離した。この金属ニッケル粒子(A)に対し、イオン伝導性セラミックス粒子(B)、ニッケル含有粒子(C)又はイオン伝導性セラミックス(D)を添加し、粒子(A)~(D)の混合物を得た。これら粒子(A)~(D)の混合比率の調整は、金属ニッケル粒子(A)に対して添加される、イオン伝導性セラミックス粒子(B)、ニッケル含有粒子(C)及びイオン伝導性セラミックス(D)の重量をそれぞれ測定することで調整した。但し、前記金属ニッケル粒子(A)、イオン伝導性セラミックス粒子(B)、ニッケル含有粒子(C)及びイオン伝導性セラミックス(D)は、量りとった粒子の重量、固体密度を用いて体積に換算することができ、表2-3及び表2-4に記載した含有比率(vol%)に示されるように添加した。
[Mixed powder production process]
The metal nickel particles (A) were isolated by replacing the solvent of the obtained metal nickel particles (A) with toluene and removing the toluene by drying. Ion-conducting ceramic particles (B), nickel-containing particles (C), or ion-conducting ceramics (D) were added to the metal nickel particles (A) to obtain a mixture of particles (A) to (D). . The mixing ratio of these particles (A) to (D) can be adjusted by adjusting the mixing ratio of ion conductive ceramic particles (B), nickel-containing particles (C) and ion conductive ceramic particles ( D) was adjusted by measuring the weight of each. However, the metal nickel particles (A), ion-conductive ceramic particles (B), nickel-containing particles (C), and ion-conductive ceramics (D) are converted into volume using the weight of the weighed particles and solid density. It was added as shown in the content ratio (vol%) shown in Table 2-3 and Table 2-4.

前記粒子(A)~(D)の混合物を、ビーズミルを用いて十分混練することで、ニッケル-イットリア安定化ジルコニアの混合粉体を得た。 The mixture of particles (A) to (D) was sufficiently kneaded using a bead mill to obtain a mixed powder of nickel-yttria stabilized zirconia.

[組成物の作製工程]
ニッケル-イットリア安定化ジルコニアの混合粉体(7.5g)に対し、α-テルピネオール96重量部、及び、バインダー樹脂としてポリビニルアセタール樹脂(エスレックBH-A;積水化学工業株式会社製)4重量部を混合した溶液2.5gを加え、乳鉢で十分混練し、組成物(ペースト)を得た。
[Composition production process]
To mixed powder (7.5 g) of nickel-yttria stabilized zirconia, 96 parts by weight of α-terpineol and 4 parts by weight of polyvinyl acetal resin (S-LEC BH-A; manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) as a binder resin were added. 2.5 g of the mixed solution was added and sufficiently kneaded in a mortar to obtain a composition (paste).

[評価サンプルの作製工程]
本組成物を、厚み200μmのイットリア安定化ジルコニア基板(電解質層)上にスクリーン印刷にて6mmφの寸法で塗布し、その後、1350℃大気雰囲気下にて2時間焼成し、組成物焼成体を形成した。組成物焼成体の電解質層をはさんで反対側に、Ptペースト(田中貴金属製TR-7070)を、スクリーン印刷にて6mmφの寸法で塗布し、その後、1200℃にて2時間焼成した。さらに、この電解質層の側面に白金線を巻き付け、参照極とした。集電材として、Ptメッシュを使用した。
[Evaluation sample production process]
This composition was coated on a 200 μm thick yttria-stabilized zirconia substrate (electrolyte layer) with a size of 6 mm diameter by screen printing, and then fired at 1350°C in an air atmosphere for 2 hours to form a fired composition body. did. Pt paste (TR-7070, manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) was applied to the opposite side of the fired composition body across the electrolyte layer by screen printing to a size of 6 mm, and then fired at 1200° C. for 2 hours. Furthermore, a platinum wire was wound around the side surface of this electrolyte layer to serve as a reference electrode. Pt mesh was used as a current collector.

[電荷移動抵抗値及びオーム抵抗値の評価]
続いて、この組成物焼成体の電荷移動抵抗値、オーム抵抗値を交流インピーダンス法により測定した。測定温度は800℃とし、測定周波数は1MHz~0.01Hzとした。また、空気極には乾燥空気を、燃料極には3%HO-97%Hを通じた。
[Evaluation of charge transfer resistance value and ohmic resistance value]
Subsequently, the charge transfer resistance value and ohmic resistance value of the fired composition were measured by an AC impedance method. The measurement temperature was 800° C., and the measurement frequency was 1 MHz to 0.01 Hz. Further, dry air was passed through the air electrode, and 3% H 2 O-97% H 2 was passed through the fuel electrode.

[評価基準]
電荷移動抵抗値は、比較例41の測定値と比較評価した。比較例41は、メジアン径が1μmの酸化ニッケル粒子とメジアン径が3μmのイットリア安定化ジルコニア粒子からなる混合粉体からなる粒子組成物であり、従来技術の評価サンプルである。従来技術である比較例41の測定値と比較して80%以下である場合を★、85%以下である場合を◎、90%以下である場合を○、90%を超えている場合を×と判断した。オーム抵抗値は、比較例41の測定値と比較して80%以下である場合を★、85%以下である場合を◎、90%以下である場合を○、90%を超えている場合を×と判断した。評価結果を表2-5m表2-6に示す。
[Evaluation criteria]
The charge transfer resistance value was compared and evaluated with the measured value of Comparative Example 41. Comparative Example 41 is a particle composition consisting of a mixed powder of nickel oxide particles with a median diameter of 1 μm and yttria-stabilized zirconia particles with a median diameter of 3 μm, and is an evaluation sample of the prior art. Compared to the measured value of Comparative Example 41 , which is the conventional technology, ★ means 80% or less, ◎ means 85% or less, ○ means 90% or less, and × means more than 90%. I decided that. The ohmic resistance value is ★ if it is 80% or less compared to the measured value of Comparative Example 41 , ◎ if it is 85% or less, ○ if it is 90% or less, and ○ if it is more than 90%. It was judged as ×. The evaluation results are shown in Table 2-5m and Table 2-6.

[メジアン径の測定]
組成物を適量取り、ホットプレート上200℃で加熱し溶剤を乾燥させ、乾燥組成物を得た。乾燥組成物を、エポキシ樹脂で包埋し、断面研磨とFIB加工により断面出しを行った。本サンプルの断面TEM観察を行い、10μm角の領域のTEM観察を実施した。TEMは電解放出型透過電子顕微鏡JEM-2100F(日本電子製)を、EDSはJED-2300T(日本電子製)を用いた。TEM-EDSを用いて各粒子がニッケルであるか、イオン伝導性セラミックス粒子であるかを判定した。TEM画像を撮像し、粒子径測定に用いた。粒子径の測定は、画像解析ソフトImage Pro Premier 9.2(Media Cybernetics製)を用いて実施した。粒子径の具体的な解析手順としては、画像の明るさ、コントラスト、ガンマ値を調節し、続いてTEMのスケールバーを用いて較正データを作成する。測定項目として「面積」を設定、分割コマンドを用いて粒子境界を検出させる。カウントコマンドを実行し粒子の面積を求め、粒子径=円相当径=2×√(面積÷円周率)を算出し、このデータから粒子のメジアン径(すなわちD50値)を決定した。この際、粒子の面積が1pixel×1pixel以下である測定値については、TEM画像の画素数の最小単位であることから測定の正確性を損ねると判断し、除外して解析した。また、ここで得られた各粒子の円相当径を用いて粒子の体積=4÷3×円周率×(円相当径÷2)を算出し、粒子(A)~(D)それぞれで合計を取ることで粒子(A)~(D)それぞれの含有体積量を算出し、粒子(A)~(D)の含有体積量の比率を決定した。
[Measurement of median diameter]
An appropriate amount of the composition was taken and heated on a hot plate at 200°C to dry the solvent, thereby obtaining a dry composition. The dried composition was embedded in an epoxy resin, and the cross section was extracted by cross-sectional polishing and FIB processing. Cross-sectional TEM observation of this sample was performed, and TEM observation of a 10 μm square area was performed. A field emission transmission electron microscope JEM-2100F (manufactured by JEOL Ltd.) was used for TEM, and a JED-2300T (manufactured by JEOL Ltd.) was used for EDS. Using TEM-EDS, it was determined whether each particle was nickel or an ion-conductive ceramic particle. A TEM image was taken and used for particle size measurement. The particle diameter was measured using image analysis software Image Pro Premier 9.2 (manufactured by Media Cybernetics). As a specific procedure for analyzing the particle size, the brightness, contrast, and gamma value of the image are adjusted, and then calibration data is created using the scale bar of the TEM. Set "area" as the measurement item and use the division command to detect particle boundaries. A count command was executed to determine the area of the particles, particle diameter=circle equivalent diameter=2×√(area÷pi), and the median diameter of the particles (ie, D50 value) was determined from this data. At this time, measurement values in which the particle area was 1 pixel x 1 pixel or less were judged to impair the accuracy of the measurement since this is the smallest unit of the number of pixels in a TEM image, and were excluded from the analysis. Also, using the equivalent circle diameter of each particle obtained here, calculate the volume of the particle = 4 ÷ 3 × pi × (equivalent circle diameter ÷ 2) 3 , and calculate the particle volume for each of particles (A) to (D). The volume content of each of particles (A) to (D) was calculated by taking the total, and the ratio of the volume content of particles (A) to (D) was determined.

前記粒子(A)、前記粒子(B)、前記粒子(C)及び前記粒子(D)のメジアン径は、表2-1及び表2-2の通りであった。 The median diameters of the particles (A), the particles (B), the particles (C), and the particles (D) were as shown in Table 2-1 and Table 2-2.

[ニッケル元素とイオン伝導性セラミックスの体積比率]
乾燥組成物を以下の手順によりICP発光分光分析し、ニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの体積比率を算出した。まず、前記組成物乾燥物を酸溶液に溶解し、ICP発光分光分析を行った。得られた測定値から、ニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの重量比率を算出した。この値を、それぞれの固体密度(ニッケルが8.9g/cm、イットリア安定化ジルコニアが6.0g/cm)を用いて体積比率に換算することでニッケル元素とイットリア安定化ジルコニアの体積比率を算出した。同様の手法にて、ニッケル元素とスカンジア安定化ジルコニアの体積比率を算出した。その結果を表2-3及び表2-4の「ニッケル元素の含有量」及び「イオン伝導性セラミックスの含有量」の欄に示す。
[Volume ratio of nickel element and ion conductive ceramics]
The dried composition was subjected to ICP emission spectroscopy analysis according to the following procedure, and the volume ratio of nickel element to yttria-stabilized zirconia was calculated. First, the dried composition was dissolved in an acid solution and subjected to ICP emission spectroscopy. From the obtained measured values, the weight ratio of nickel element to yttria-stabilized zirconia was calculated. By converting this value into a volume ratio using each solid density (8.9 g/cm 3 for nickel and 6.0 g/cm 3 for yttria-stabilized zirconia), the volume ratio of nickel element to yttria-stabilized zirconia is determined. was calculated. Using a similar method, the volume ratio of nickel element to scandia-stabilized zirconia was calculated. The results are shown in the columns of "nickel element content" and "ion conductive ceramic content" in Tables 2-3 and 2-4.

[組成物における混合粉体の含有比率]
組成物を適量取り、TG-DTA装置(日立ハイテクサイエンス製、商品名;TG/DTA7220)により、5℃/min、窒素フロー(200ml/min)の条件で800℃まで昇温することで、溶剤をすべて揮発除去した。本工程の重量変化から混合粉体の含有比率を算出した。
[Content ratio of mixed powder in composition]
Take an appropriate amount of the composition and heat it to 800°C at 5°C/min and nitrogen flow (200ml/min) using a TG-DTA device (manufactured by Hitachi High-Tech Science, trade name: TG/DTA7220) to remove the solvent. All was removed by volatilization. The content ratio of the mixed powder was calculated from the weight change in this step.

[作業性の評価]
上記「評価サンプルの作製工程」において、組成物をイットリア安定化ジルコニア基板に塗布する作業を10回行い、正常な塗布膜が9回以上作製できた(歩留り90%以上)場合を○と判定した。塗布膜のひびわれ・膜形状の崩れなどの異常により、正常な塗布膜が得られたのが9回未満であった(歩留り90%未満)場合を△として評価した。その評価結果を表2-5及び表2-6に示す。
[Evaluation of workability]
In the above "evaluation sample production process", the composition was coated on the yttria-stabilized zirconia substrate 10 times, and the case where a normal coating film was produced 9 times or more (yield 90% or more) was judged as ○. . A case where a normal coating film was obtained less than 9 times (yield less than 90%) due to an abnormality such as cracking of the coating film or collapse of the film shape was evaluated as Δ. The evaluation results are shown in Tables 2-5 and 2-6.

Figure 0007381248000005
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本発明に係る実施例は41~78であり、粒子(C)を含む実施例は50~52、54、56~76であり、粒子(D)を含む実施例は52~74、77、78である。粒子(C)及び(D)を含有する前記実施例のうち、実施例56~74は、前記粒子(A)の含有体積量>前記粒子(C)の含有体積量という関係を満たし、且つ 前記粒子(B)の含有体積量>前記粒子(D)の含有体積量という関係を満たす。本発明に係る粒子組成物の好ましい実施例は41、44~56、59~65、68~70、73、74である。比較例41~53には本発明に係る粒子組成物の要件を満足しない場合の結果を示す。 Examples according to the present invention are 41 to 78, examples containing particles (C) are 50 to 52, 54, 56 to 76, and examples containing particles (D) are 52 to 74, 77, 78. It is. Among the Examples containing particles (C) and (D), Examples 56 to 74 satisfy the relationship of volume content of particle (A) > volume content of particle (C), and The following relationship is satisfied: volume content of particles (B)>volume content of particles (D). Preferred examples of particle compositions according to the invention are 41, 44-56, 59-65, 68-70, 73, 74. Comparative Examples 41 to 53 show results in cases where the requirements for the particle composition according to the present invention were not satisfied.

本発明に係る実施例41~78の混合粉体は、メジアン径が10nm以上200nm以下である金属ニッケル粒子(A)と、メジアン径が10nm以上200nm以下であるイオン伝導性セラミックス粒子(B)からなり、ニッケル元素の体積と、イオン伝導性セラミックス粒子を構成する酸化物の体積との比率が20/80から80/20の範囲内であることにより、これらの要件を満たしていない従来技術からなる比較例41と比較して、高い触媒活性と、高い導電性を両立することが確認された。 The mixed powders of Examples 41 to 78 according to the present invention are made of metallic nickel particles (A) having a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less, and ion conductive ceramic particles (B) having a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less. The conventional technology does not meet these requirements because the ratio of the volume of nickel element to the volume of oxide constituting the ion-conductive ceramic particles is within the range of 20/80 to 80/20. In comparison with Comparative Example 41, it was confirmed that both high catalytic activity and high conductivity were achieved.

また、メジアン径が300nm以上10μm以下である、ニッケル含有粒子(C)を含む実施例50~52、54、56~74では、導電性が更に向上していることが確認された。また、メジアン径が300nm以上10μm以下であるイオン伝導性セラミックス粒子(D)を含むことを特徴とする実施例52~74では、導電性が上昇していることが確認された。また、金属ニッケル粒子(A)の含有体積量がニッケル含有粒子(C)の含有体積量より多く、粒子(B)の含有体積量が粒子(D)の含有体積量より多いことを特徴とする実施例51、55~74では、電荷移動抵抗値が低減されていることが確認された。 Further, in Examples 50 to 52, 54, and 56 to 74 containing nickel-containing particles (C) having a median diameter of 300 nm or more and 10 μm or less, it was confirmed that the conductivity was further improved. Furthermore, it was confirmed that Examples 52 to 74, which were characterized by containing ion-conductive ceramic particles (D) having a median diameter of 300 nm or more and 10 μm or less, had increased conductivity. Further, the volume content of the metal nickel particles (A) is greater than the volume content of the nickel-containing particles (C), and the volume content of the particles (B) is greater than the volume content of the particles (D). In Examples 51 and 55 to 74, it was confirmed that the charge transfer resistance value was reduced.

また、実施例41~78は全て本発明の要件を満たしており優れた触媒活性と高い導電性を両立しているが、特に、組成物における混合粉体の含有比率が20重量%以上95重量%以下である実施例41、44~56、59~65、68~70、73~78では、混合粉体の含有比率が20重量%を下回っているあるいは95重量%を上回っている実施例42、57、58、66、67、71、72に比較して、更に作業性の高さを並立させることも出来ていることが確認された。 In addition, Examples 41 to 78 all meet the requirements of the present invention and have both excellent catalytic activity and high conductivity, but in particular, the content ratio of the mixed powder in the composition is 20% by weight or more and 95% by weight. % or less, Examples 41, 44 to 56, 59 to 65, 68 to 70, 73 to 78 have a mixed powder content ratio of less than 20% by weight or more than 95% by weight in Example 42. , 57, 58, 66, 67, 71, and 72, it was confirmed that it was possible to achieve even higher workability at the same time.

以上の実施例から、本発明を用いれば、電極材料や触媒に要求される重要な特性である、触媒活性の向上と導電性の向上を両立でき、機能材料の高効率化が可能であり、例えばSOFCの燃料極やSOECのカソード、プロトン伝導型燃料電池の燃料極に用いて内部抵抗を低減したり、触媒として用いて反応効率を向上したりできることが示された。 From the above examples, the present invention can be used to improve the catalytic activity and conductivity, which are important characteristics required for electrode materials and catalysts, and to improve the efficiency of functional materials. For example, it has been shown that it can be used in the fuel electrode of SOFC, the cathode of SOEC, and the fuel electrode of proton conduction fuel cells to reduce internal resistance, and can be used as a catalyst to improve reaction efficiency.

本発明の混合粉体は、微細な粒子を用いることに由来する触媒活性の高さ、金属ニッケルを用いることによる優れた導電性から、固体酸化物型燃料電池(SOFC)、プロトン伝導型燃料電池、固体電解質型水電解セル(SOEC)のカソード、天然ガス等の炭化水素系化合物の改質触媒など、幅広く利用することができる。 The mixed powder of the present invention has high catalytic activity due to the use of fine particles and excellent conductivity due to the use of metal nickel, and is suitable for use in solid oxide fuel cells (SOFCs) and proton conduction fuel cells. It can be used in a wide range of applications, such as cathodes of solid electrolyte water electrolysis cells (SOEC), and reforming catalysts for hydrocarbon compounds such as natural gas.

Claims (5)

メジアン径が10nm以上200nm以下である金属ニッケル粒子(A)と、
メジアン径が10nm以上200nm以下であるイオン伝導性セラミックス粒子(B)と、
を含むニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体であって、
前記ニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体に含まれるニッケル元素の含有量と、イオン伝導性セラミックス粒子の含有量は、体積比で、[ニッケル元素]/[イオン伝導性セラミックス粒子]=20/80~80/20であることを特徴とする、
電極材料又は触媒に用いるニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体。
Metal nickel particles (A) having a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less,
Ion-conductive ceramic particles (B) having a median diameter of 10 nm or more and 200 nm or less,
A nickel-ion conductive ceramic mixed powder containing
The content of nickel element contained in the nickel-ion conductive ceramic mixed powder and the content of ion conductive ceramic particles are in a volume ratio of [nickel element]/[ion conductive ceramic particles] = 20/80. ~80/20,
Nickel-ion conductive ceramic mixed powder used as electrode material or catalyst .
メジアン径が300nm以上10μm以下であるニッケル含有粒子(C)を更に含む、請求項1に記載の電極材料又は触媒に用いるニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体。 The nickel-ion conductive ceramic mixed powder used for the electrode material or catalyst according to claim 1, further comprising nickel-containing particles (C) having a median diameter of 300 nm or more and 10 μm or less. メジアン径が300nm以上10μm以下であるイオン伝導性セラミックス粒子(D)を更に含む、請求項1又は2に記載の電極材料又は触媒に用いるニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体。 The nickel-ion conductive ceramic mixed powder for use in an electrode material or catalyst according to claim 1 or 2, further comprising ion conductive ceramic particles (D) having a median diameter of 300 nm or more and 10 μm or less. 前記金属ニッケル粒子(A)と前記ニッケル含有粒子(C)の含有体積量が、前記粒子(A)の含有体積量>前記粒子(C)の含有体積量という関係を満たし、且つ
前記イオン伝導性セラミックス粒子(B)と前記イオン伝導性セラミックス粒子(D)の含有体積が、前記粒子(B)の含有体積量>前記粒子(D)の含有体積量という関係を満たす、請求項2又は3に記載の電極材料又は触媒に用いるニッケル-イオン伝導性セラミックス混合粉体。
The content volume of the metal nickel particles (A) and the nickel-containing particles (C) satisfy the relationship of volume content of the particles (A)>volume content of the particles (C), and the ionic conductivity According to claim 2 or 3, the content volume of the ceramic particles (B) and the ion conductive ceramic particles (D) satisfies the relationship: volume content of the particles (B)>volume content of the particles (D). Nickel-ion conductive ceramic mixed powder used for the electrode material or catalyst described above.
請求項1から4のうちいずれか1項に記載の混合粉体を20重量%以上95重量%以下含み、更に溶剤を含む、電極材料又は触媒に用いる粒子組成物。 A particle composition for use in an electrode material or catalyst, comprising 20% by weight or more and 95% by weight or less of the mixed powder according to any one of claims 1 to 4, and further comprising a solvent.
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