JPH06116026A - ジルコニア固体電解質 - Google Patents
ジルコニア固体電解質Info
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- JPH06116026A JPH06116026A JP4259468A JP25946892A JPH06116026A JP H06116026 A JPH06116026 A JP H06116026A JP 4259468 A JP4259468 A JP 4259468A JP 25946892 A JP25946892 A JP 25946892A JP H06116026 A JPH06116026 A JP H06116026A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
3 、Sc2 O3 、Sm2O3 、Er2 O3 の群から選ば
れる少なくとも1種をMO1.5 (M:金属元素)換算で
14〜30モル%添加するとともに、前記添加物の平均
イオン半径が0.75〜0.86Åであり、且つ実質的
に立方晶ジルコニアの単一相からなることを特徴とす
る。 【効果】固体電解質の電気伝導率を高めることができ、
これにより、酸素センサに適用した場合には、応答性を
高めることができ、燃料電池に適用した場合には、電解
質の抵抗を下げることができるために出力を高めること
ができる。
Description
どに好適に使用されるジルコニア質の固体電解質に関す
るものである。
にY2 O3 、CaO、MgOなどの安定化剤を適量添加
して、ZrO2 が立方晶相を主体としてなるジルコニア
質固体電解質が使用されている。
固体電解質には、その過酷な使用条件においても十分に
耐えうるように、安定化剤の量を制御して磁器中に正方
晶相を析出させたり、焼結助剤としてAl2 O3 やSi
O2 などを添加することも提案されている。
のジルコニア質固体電解質は、それ自体の電気伝導度が
低いという問題があった。固体電解質の電気伝導度が低
いと、酸素センサなどに使用した場合に応答が遅く、ま
た燃料電池セルに使用した場合には、抵抗が大きく、出
力を低下させる原因となっていた。
コニア質固体電解質を提供することを目的とするもので
ある。
ア質固体電解質の電気伝導度について、検討を行ったと
ころ、固体電解質中に添加される金属酸化物をその平均
イオン半径が特定の範囲になるように適宜選択すること
により、電気伝導質を従来よりも高めることができるこ
とを知見したものである。
は、添加物として、Yb2 O3 、Y2O3 、Sc
2 O3 、Sm2 O3 、Er2 O3 の群から選ばれる少な
くとも1種を選択、これらの添加物をMO1.5 (M:金
属元素)換算で14〜30モル%添加するとともに、前
記添加物の平均イオン半径が0.75〜0.86Åとな
るように上記添加物を選択するもので、且つ実質的に立
方晶ジルコニアの単一相からなることを特徴とするもの
である。
ニア質固体電解質は、ジルコニアを主体として、これに
ジルコニアを立方晶に安定化させる作用をなす金属酸化
物が添加されている。このような金属酸化物としては、
Yb2 O3 、Y2 O3 、Sc2 O3 、Sm2 O3 、Er
2 O3 の群から選ばれる少なくとも1種を選択される。
このような添加物は、ジルコニアを立方晶に安定化させ
るために総量でMO1.5 (M:金属元素)として14〜
30モル%、特に16〜24モル%の割合で添加され
る。この添加物量を上記の範囲に限定したのは、14モ
ル%より少ないと、結晶中に正方晶あるいは単斜晶の結
晶が析出するとともに電気伝導度が低下し、30モル%
より多いと電気伝導率が低下するためである。
物からこれらの平均イオン半径が0.75〜0.86
Å、特に0.78〜0.84Åとなるように選択するこ
とが重要である。なお、平均イオン半径は、下記数1で
表される。
は、上記範囲を逸脱するといずれも電気伝導度が低下す
るためである。ここで、イオン半径はいずれも6配位の
数値を用いた。
するジルコニア結晶は、実質的に立方晶ZrO2 のみか
ら構成され、単斜晶ジルコニアおよび正方晶ジルコニア
を含まないのであり、X線回折測定において立方晶ジル
コニアの(111)面のピーク強度に対して、正方晶ジ
ルコニアの(111)面のピーク強度および単斜晶ジル
コニアの(111)面のピーク強度がそれぞれ5%以下
である。また、立方晶ジルコニアは平均粒径が0.5〜
5μmの大きさで存在する。
作製する方法について説明すると、まず、原料として平
均粒径が0.5〜1.0μmのジルコニア粉末と、前述
した各種の金属酸化物粉末を準備して、前述した平均イ
オン半径が所定の範囲となるように金属酸化物の組合せ
で選択し、MO1.5 換算で14〜30モル%となる量で
添加して十分に混合後、所望の成形手段、例えば、金型
プレス,冷間静水圧プレス,押出し成形、ドクターブレ
ード法等により任意の形状に成形後、焼成する。焼成
は、1500〜1600℃の大気などの酸化性雰囲気に
て行われる。
と添加物からなるターゲットより、これらの蒸気を発生
させて、所望の基体表面に蒸着させるか、またはCVD
法によりZr含有ガスと添加物を構成する金属元素含有
ガスを所定の割合で混合して酸素含有雰囲気中で所定の
温度に加熱された基体表面に気相合成により析出させて
得ることもできる。
化物の平均イオン半径と1000℃における固体電解質
の電気伝導度との関係を図1に示した。図1から明らか
なように、平均イオン半径と電気伝導度との間には相関
な認められ、電気伝導度は平均イオン半径が約0.81
Åにてピークを有し、イオン半径がこれより小さいまた
は大きいと急激に電気伝導度が低下する傾向にあること
がわかる。
5〜0.86Åに制御することにより1000℃におけ
る電気伝導度5×10-3S/cm以上が達成されるもの
である。
均粒径が0.5〜2μmのYb2O3 、Y2 O3 、Sc
2 O3 、Sm2 O3 、Er2 O3 の各粉末を準備した。
これらの添加物を表1および表2に示す割合にて混合し
てZrO2 粉末とボールミルにより十分に混合した。こ
れをプレス成形し、1600℃の大気中で10時間焼成
した。得られた磁器は相対密度95%以上の高緻密体で
あった。
相の同定と、電気伝導度の測定を行った。その結果、表
1および表2の試料中、No.1〜23およびNo.27に
ついてはいずれも立方晶ZrO2 の単一相からなりその
他の結晶相はなかったのに対して、試料No.24〜26
は、立方晶ZrO2 以外に正方晶ZrO2 や単斜晶Zr
O2 などの存在が認められた。なお、各試料の平均イオ
ン半径は前述した数1により算出し、平均イオン半径と
電気伝導度(logσ)との関係を図1に示した。
に、添加物の添加量それぞれにおいて、平均イオン半径
が約0.81Åにて極大値を示した。なお、添加量が3
0モル%を越えると、急激に電気伝導率が低下し、14
モル%より小さい場合にも同様に電気伝導率が低下し
た。
平均イオン半径を0.75〜0.86Åに制御すること
により1000℃における電気伝導率が5×10-3S/
cm以上が達成された。
体電解質は、特定の金属酸化物より平均イオン半径が特
定の範囲となるように選択することにより、電気伝導率
を高めることができる。これにより、酸素センサに適用
した場合には、応答性を高めることができ、燃料電池に
適用した場合には、電解質の抵抗を下げることができる
ために出力を高めることができる。
関係を示した図である。
するジルコニア結晶は、実質的に立方晶ZrO2 のみか
ら構成され、単斜晶ジルコニアおよび正方晶ジルコニア
を含まないのであり、X線回折測定において立方晶ジル
コニアの(111)面のピーク強度に対して、正方晶ジ
ルコニアの(111)面のピーク強度および単斜晶ジル
コニアの(−111)面のピーク強度がそれぞれ5%以
下である。また、立方晶ジルコニアは平均粒径が0.5
〜5μmの大きさで存在する。
Claims (1)
- 【請求項1】ZrO2 を主成分として、Yb2 O3 、Y
2 O3 、Sc2 O3 、Sm2 O3 、Er2 O3 の群から
選ばれる少なくとも1種をMO1.5 (M:金属元素)換
算で14〜30モル%添加するとともに、前記添加物の
平均イオン半径が0.75〜0.86Åであり、且つ実
質的に立方晶ジルコニアの単一相からなることを特徴と
するジルコニア固体電解質。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4259468A JP3034132B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | ジルコニア固体電解質 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4259468A JP3034132B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | ジルコニア固体電解質 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06116026A true JPH06116026A (ja) | 1994-04-26 |
JP3034132B2 JP3034132B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=17334499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4259468A Expired - Fee Related JP3034132B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | ジルコニア固体電解質 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3034132B2 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999015477A1 (fr) * | 1997-09-24 | 1999-04-01 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Agglomere de zircone pour electrolyte en phase solide et procede de production dudit agglomere |
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-
1992
- 1992-09-29 JP JP4259468A patent/JP3034132B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JP3034132B2 (ja) | 2000-04-17 |
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