JPH06183740A - イオン導電体材料 - Google Patents
イオン導電体材料Info
- Publication number
- JPH06183740A JPH06183740A JP4333186A JP33318692A JPH06183740A JP H06183740 A JPH06183740 A JP H06183740A JP 4333186 A JP4333186 A JP 4333186A JP 33318692 A JP33318692 A JP 33318692A JP H06183740 A JPH06183740 A JP H06183740A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- stabilized zirconia
- conductor material
- solid solution
- mixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、従来よりも低温で燃料電池
を高効率に作動させることができ、更に熱に対して安定
かつ耐熱衝撃性が高いイオン導電体材料を提供すること
にある。 【構成】 本発明のイオン導電体材料は、[(１-ｙ){ｘ
Ｃｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2｝−ｙＳｒＯ](ただし、０.５≦ｘ
≦０.９、０.０２≦ｙ≦０.１)からなる組成の固溶体粉
末と、安定化ジルコニア粉末とを重量比で１：９ないし
１：１の比率で混合した混合物の焼結体よりなることを
特徴とする。
を高効率に作動させることができ、更に熱に対して安定
かつ耐熱衝撃性が高いイオン導電体材料を提供すること
にある。 【構成】 本発明のイオン導電体材料は、[(１-ｙ){ｘ
Ｃｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2｝−ｙＳｒＯ](ただし、０.５≦ｘ
≦０.９、０.０２≦ｙ≦０.１)からなる組成の固溶体粉
末と、安定化ジルコニア粉末とを重量比で１：９ないし
１：１の比率で混合した混合物の焼結体よりなることを
特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素センサー、固体電
解質型燃料電池、水蒸気分解装置等に使用されるイオン
導電体材料に関する。
解質型燃料電池、水蒸気分解装置等に使用されるイオン
導電体材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオン導電体に一般に求められている物
性は、 イオン導電率が高く、電子伝導の寄与率が低い； 使用環境の影響を受けにくい などが挙げられるが、燃料電池や水蒸気分解装置などの
高温で使用される材料では、繰り返し昇降温にさらされ
るため、 熱に対して安定である； 熱衝撃に十分耐え得る などが更に要求される。
性は、 イオン導電率が高く、電子伝導の寄与率が低い； 使用環境の影響を受けにくい などが挙げられるが、燃料電池や水蒸気分解装置などの
高温で使用される材料では、繰り返し昇降温にさらされ
るため、 熱に対して安定である； 熱衝撃に十分耐え得る などが更に要求される。
【０００３】酸化ジルコニウムの立方晶を酸化イットリ
ウムで安定化させた安定化ジルコニアがこれらの条件を
比較的良く満足することは、広く知られている。しか
し、固体電解質燃料電池(ＳＯＦＣ)の実用化に向けて
は、更に高効率化を計ることが要求されており、薄膜化
を初めとした手法により、電解質板の抵抗値を下げるな
どの試みがなされている。
ウムで安定化させた安定化ジルコニアがこれらの条件を
比較的良く満足することは、広く知られている。しか
し、固体電解質燃料電池(ＳＯＦＣ)の実用化に向けて
は、更に高効率化を計ることが要求されており、薄膜化
を初めとした手法により、電解質板の抵抗値を下げるな
どの試みがなされている。
【０００４】電解質板を薄膜化することにより、従来以
上に高効率に電力を発生することが可能となる一方、電
極材料であるペロブスカイト型化合物との高温での反応
や、昇降温の繰り返しによる素子の劣化等の影響を無視
し得なくなることが考えられ、これらの問題の解決が必
要となっている。
上に高効率に電力を発生することが可能となる一方、電
極材料であるペロブスカイト型化合物との高温での反応
や、昇降温の繰り返しによる素子の劣化等の影響を無視
し得なくなることが考えられ、これらの問題の解決が必
要となっている。
【０００５】この問題の解決法として、燃料電池の作動
温度を下げ、電極材料との反応を防ぐため、電解質に陰
極での反応性の高い、酸化セリウムに酸化カルシウム等
を添加した材料を使用する研究も行われている(特開昭6
1−198569号公報)が、一般に酸化セリウムは電子伝導性
が高く、従って、高い陰極特性を示した場合でも、素子
全体の効率の向上はさほど見込めないという欠点があっ
た。
温度を下げ、電極材料との反応を防ぐため、電解質に陰
極での反応性の高い、酸化セリウムに酸化カルシウム等
を添加した材料を使用する研究も行われている(特開昭6
1−198569号公報)が、一般に酸化セリウムは電子伝導性
が高く、従って、高い陰極特性を示した場合でも、素子
全体の効率の向上はさほど見込めないという欠点があっ
た。
【０００６】更に、両者の利点を有効に活用する方法と
して、安定化ジルコニア電解質の陰極側に酸化セリウム
系電解質を取り付ける方法(特開昭61−198568号公報)、
陽極側の安定化ジルコニアから、陰極側に向かって徐々
に酸化セリウムの濃度を高めた複合酸化物を重ねていっ
た傾斜材料を使用する方法(特開昭62−40172号公報)な
どが考えられているが、これらの方法は電解質板の作
製、即ち素子の複合化のプロセスが複雑になる、あるい
は組成が均一でないために生じる熱膨張係数の差による
破壊の可能性などの問題を抱えていた。
して、安定化ジルコニア電解質の陰極側に酸化セリウム
系電解質を取り付ける方法(特開昭61−198568号公報)、
陽極側の安定化ジルコニアから、陰極側に向かって徐々
に酸化セリウムの濃度を高めた複合酸化物を重ねていっ
た傾斜材料を使用する方法(特開昭62−40172号公報)な
どが考えられているが、これらの方法は電解質板の作
製、即ち素子の複合化のプロセスが複雑になる、あるい
は組成が均一でないために生じる熱膨張係数の差による
破壊の可能性などの問題を抱えていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
な技術的課題を解決するためのものであって、その目的
とするところは、前記主旨からも明らかな通り、従来よ
りも低温で燃料電池を高効率に作動させることができ、
更に熱に対して安定かつ耐熱衝撃性が高いイオン導電体
材料を提供することにある。
な技術的課題を解決するためのものであって、その目的
とするところは、前記主旨からも明らかな通り、従来よ
りも低温で燃料電池を高効率に作動させることができ、
更に熱に対して安定かつ耐熱衝撃性が高いイオン導電体
材料を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記要求
を満足するイオン導電体材料の開発を目指し、種々研究
を重ねた結果、[(１-ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2｝−ｙ
ＳｒＯ](ただし、０.５≦ｘ≦０.９、０.０２≦ｙ≦０.
１)からなる組成の粉末と、安定化ジルコニア粉末とを
１：９ないし１：１の比率で混合した混合物を焼成して
得られた焼結体が、イオン導電性を損なうことなく電極
での高い反応性を示し、従来よりも低温で燃料電池を高
効率に作動させ得て、熱に対して安定かつ耐熱衝撃性が
高いことを見出し、本発明を完成するに至った。
を満足するイオン導電体材料の開発を目指し、種々研究
を重ねた結果、[(１-ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2｝−ｙ
ＳｒＯ](ただし、０.５≦ｘ≦０.９、０.０２≦ｙ≦０.
１)からなる組成の粉末と、安定化ジルコニア粉末とを
１：９ないし１：１の比率で混合した混合物を焼成して
得られた焼結体が、イオン導電性を損なうことなく電極
での高い反応性を示し、従来よりも低温で燃料電池を高
効率に作動させ得て、熱に対して安定かつ耐熱衝撃性が
高いことを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】即ち、本発明に係るイオン導電体材料は、
[(１-ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2｝−ｙＳｒＯ](ただ
し、０.５≦ｘ≦０.９、０.０２≦ｙ≦０.１)からなる
組成の固溶体粉末と、安定化ジルコニア粉末とを重量比
で１：９ないし１：１の比率で混合した混合物の焼結体
よりなるものである。
[(１-ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2｝−ｙＳｒＯ](ただ
し、０.５≦ｘ≦０.９、０.０２≦ｙ≦０.１)からなる
組成の固溶体粉末と、安定化ジルコニア粉末とを重量比
で１：９ないし１：１の比率で混合した混合物の焼結体
よりなるものである。
【００１０】
【作用】本発明において、[(１-ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)Ｚ
ｒＯ2｝−ｙＳｒＯ](ただし、０.５≦ｘ≦０.９、０.０
２≦ｙ≦０.１)からなる組成の固溶体粉末のｘ及びｙの
数値限定並びに固溶体粉末と、安定化ジルコニア粉末と
の混合比を限定した理由を以下に述べる。
ｒＯ2｝−ｙＳｒＯ](ただし、０.５≦ｘ≦０.９、０.０
２≦ｙ≦０.１)からなる組成の固溶体粉末のｘ及びｙの
数値限定並びに固溶体粉末と、安定化ジルコニア粉末と
の混合比を限定した理由を以下に述べる。
【００１１】本発明のイオン導電体材料とは、高いイオ
ン導電率を示す安定化ジルコニア、及び耐熱衝撃性に優
れた酸化ジルコニウム−酸化セリウム固溶体に電子伝導
性を抑えるべく酸化ストロンチウムを添加した固溶体の
複合酸化物である点に特徴を有している。更に、そのそ
れぞれが電解質板中で独立して存在する点が大きな特徴
であり、これらが独立して存在し、個々の特性が発揮さ
れるため高いイオン導電率と、高い陰極特性とを同時に
達成できたのである。即ち、電解質板中では、酸化ジル
コニウム−酸化セリウム固溶体粒子と安定化ジルコニア
粒子とは独立して存在し、微視的には不均一な状態を成
し、更に電極界面では、酸化セリウムと電極材料とが直
接接する界面が存在するため、高い陰極特性を示す。一
方、電解質板全体を巨視的に見れば、各部位における見
掛け上の組成は一定となり、従って、熱膨張に異方性が
ないため、昇降温に伴う破壊の可能性も皆無となってい
る。
ン導電率を示す安定化ジルコニア、及び耐熱衝撃性に優
れた酸化ジルコニウム−酸化セリウム固溶体に電子伝導
性を抑えるべく酸化ストロンチウムを添加した固溶体の
複合酸化物である点に特徴を有している。更に、そのそ
れぞれが電解質板中で独立して存在する点が大きな特徴
であり、これらが独立して存在し、個々の特性が発揮さ
れるため高いイオン導電率と、高い陰極特性とを同時に
達成できたのである。即ち、電解質板中では、酸化ジル
コニウム−酸化セリウム固溶体粒子と安定化ジルコニア
粒子とは独立して存在し、微視的には不均一な状態を成
し、更に電極界面では、酸化セリウムと電極材料とが直
接接する界面が存在するため、高い陰極特性を示す。一
方、電解質板全体を巨視的に見れば、各部位における見
掛け上の組成は一定となり、従って、熱膨張に異方性が
ないため、昇降温に伴う破壊の可能性も皆無となってい
る。
【００１２】更に、酸化ジルコニウム−酸化セリウム固
溶体相には、電子伝導の影響を防止すべく、酸化ストロ
ンチウムを適当量固溶させたために、酸化セリウム系材
料を使用した場合の欠点であるイオン導電率の低下を防
ぐことができるものである。
溶体相には、電子伝導の影響を防止すべく、酸化ストロ
ンチウムを適当量固溶させたために、酸化セリウム系材
料を使用した場合の欠点であるイオン導電率の低下を防
ぐことができるものである。
【００１３】ここで、ｘ＜０.５のとき、酸化ジルコニ
ウム−酸化セリウム固溶体の性質は、安定化シルコニア
のそれに近く、ＣｅＯ2系のもつ高い陰極特性を十分に
発揮し得ない。また、０.９＜ｘのとき、立方晶ＣｅＯ2
のもつ特性に近く、イオン導電性が極端に低いため好ま
しくない。また、０.１＜ｙのとき、過剰に添加された
ＳｒＯが固溶体を生成できずに粒界等に析出し、電子伝
導ばかりでなく、イオン伝導までも阻害してしまう。逆
に、０.０２＞ｙの時は、ＳｒＯの添加による電子伝導
の阻害効果がほとんど見られず好ましくない。更に、
[(１−ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2}−ｙＳｒＯ]の固溶
体が安定化ジルコニアに対し、当重量比以上の場合、安
定化ジルコニウム相の高いイオン導電性を十分に発揮で
きず、むしろ電子伝導性が主となってしまう。一方、固
溶体１重量に対し、安定化ジルコニアが９重量を超える
時は、電極材料と、酸化セリウム相との接触面を十分に
確保できず、高い陰極特性を示さないために好ましくな
い。
ウム−酸化セリウム固溶体の性質は、安定化シルコニア
のそれに近く、ＣｅＯ2系のもつ高い陰極特性を十分に
発揮し得ない。また、０.９＜ｘのとき、立方晶ＣｅＯ2
のもつ特性に近く、イオン導電性が極端に低いため好ま
しくない。また、０.１＜ｙのとき、過剰に添加された
ＳｒＯが固溶体を生成できずに粒界等に析出し、電子伝
導ばかりでなく、イオン伝導までも阻害してしまう。逆
に、０.０２＞ｙの時は、ＳｒＯの添加による電子伝導
の阻害効果がほとんど見られず好ましくない。更に、
[(１−ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2}−ｙＳｒＯ]の固溶
体が安定化ジルコニアに対し、当重量比以上の場合、安
定化ジルコニウム相の高いイオン導電性を十分に発揮で
きず、むしろ電子伝導性が主となってしまう。一方、固
溶体１重量に対し、安定化ジルコニアが９重量を超える
時は、電極材料と、酸化セリウム相との接触面を十分に
確保できず、高い陰極特性を示さないために好ましくな
い。
【００１４】以下に本発明のイオン導電体材料の製造方
法の一例を詳しく述べるが、これによって本発明のイオ
ン導電体材料の製造方法が制限を受けるものではない。
まず、市販のＣｅＯ2粉末とＺｒＯ2粉末とをモル比で
１：１ないし９：１の割合で混合する。混合は、湿式混
合、乾式混合のいずれを用いても良く、ボールミルによ
る粉砕混合をはじめ、一般に行われている混合方法で行
うことができる。次に、この混合粉末に対してＳｒＣＯ
3粉末を混合粉末：ＳｒＣＯ3＝９８：２ないし９０：１
０となるように混合したのち、１５００℃〜１６８０℃
の温度で１〜１０時間焼成し、酸化ジルコニウム−酸化
セリウム固溶体[(１−ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2}−ｙ
ＳｒＯ]粉末を得る。ここで用いるＳｒＣＯ3には市販の
高純度原料粉末を用いることができるが、不純物が０.
５％以下のものであることが好ましい。また、ＳｒＯ源
としてはＳｒＣＯ3に限らず、(ＣＨ3ＣＯＯ)2Ｓｒ、Ｓ
ｒ(ＮＯ3)2などを用いることもできる。
法の一例を詳しく述べるが、これによって本発明のイオ
ン導電体材料の製造方法が制限を受けるものではない。
まず、市販のＣｅＯ2粉末とＺｒＯ2粉末とをモル比で
１：１ないし９：１の割合で混合する。混合は、湿式混
合、乾式混合のいずれを用いても良く、ボールミルによ
る粉砕混合をはじめ、一般に行われている混合方法で行
うことができる。次に、この混合粉末に対してＳｒＣＯ
3粉末を混合粉末：ＳｒＣＯ3＝９８：２ないし９０：１
０となるように混合したのち、１５００℃〜１６８０℃
の温度で１〜１０時間焼成し、酸化ジルコニウム−酸化
セリウム固溶体[(１−ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2}−ｙ
ＳｒＯ]粉末を得る。ここで用いるＳｒＣＯ3には市販の
高純度原料粉末を用いることができるが、不純物が０.
５％以下のものであることが好ましい。また、ＳｒＯ源
としてはＳｒＣＯ3に限らず、(ＣＨ3ＣＯＯ)2Ｓｒ、Ｓ
ｒ(ＮＯ3)2などを用いることもできる。
【００１５】この酸化ジルコニウム−酸化セリウム固溶
体粉末に対して、市販の安定化ジルコニア粉末を重量比
で１：９ないし１：１の割合で混合し、原料粉末とす
る。安定化ジルコニア粉末としてはイットリア安定化ジ
ルコニア、カルシア安定化ジルコニアなどを用いること
ができるが、Ｙ2Ｏ3を６モル％以上含むイットリア安定
化ジルコニア粉末が最も好ましい。混合方法は、湿式、
乾式のいずれでも良いが、混合時に粉砕を伴うような工
程は避けることが好ましい。
体粉末に対して、市販の安定化ジルコニア粉末を重量比
で１：９ないし１：１の割合で混合し、原料粉末とす
る。安定化ジルコニア粉末としてはイットリア安定化ジ
ルコニア、カルシア安定化ジルコニアなどを用いること
ができるが、Ｙ2Ｏ3を６モル％以上含むイットリア安定
化ジルコニア粉末が最も好ましい。混合方法は、湿式、
乾式のいずれでも良いが、混合時に粉砕を伴うような工
程は避けることが好ましい。
【００１６】上記工程で得られた原料粉末を、１軸加
圧、等方加圧、ドクターブレード法など、一般的手法に
よって成形して成形体を作製し、１５５０℃ないし１６
８０℃で５時間以上焼成することによって、本発明のイ
オン導電体材料の焼結体を得ることができる。
圧、等方加圧、ドクターブレード法など、一般的手法に
よって成形して成形体を作製し、１５５０℃ないし１６
８０℃で５時間以上焼成することによって、本発明のイ
オン導電体材料の焼結体を得ることができる。
【００１７】
実施例１ 市販のＺｒＯ2粉末２４６ｇと市販のＣｅＯ2粉末１３７
６ｇとを用い、モル比で２：８にし、これをボールミル
を用いてエタノール中で湿式粉砕混合してＺｒＯ2−Ｃ
ｅＯ2混合粉末１６２２ｇを得た。この混合粉末に市販
のＳｒＣＯ3粉末７７.８ｇを加え、モル比を９５：５と
し、再度エタノール中で湿式混合したのち、乾燥した混
合粉末を白金容器に入れ、電気炉中１６００℃で３時間
焼成し、[0.95{0.2Zr0.8CeO2}−0.05SrO]固溶体粉末を
得た。この固溶体粉末と市販のイットリア８モル％安定
化ジルコニア粉末とを重量比で２：８となるように秤量
し、粉砕を受けないため樹脂コートしたボールを用い、
ボールミルにより混合して目的組成の粉末を得た。この
粉末を１軸加圧成形した後、電気炉中１６５０℃で５時
間焼結し、径１２ｍｍ×厚さ１ｍｍの焼結体を得た。得
られた焼結体は、Ｘ線回折の結果から、酸化ジルコニウ
ム−酸化セシウム固溶体相と安定化ジルコニア相とわず
かに生成したＳｒＺｒＯ3などの不純物相とからなって
おり、焼成によって固溶体相と安定化ジルコニア相とが
完全に固溶化した状態とはなっていなかった。この焼結
体を隔壁とし、水素ガスと酸素ガスとを隔てた燃料電池
に、図２の回路を接続し、９００℃で抵抗値を５Ωから
１０ＭΩまで変化させたときに発生した電流、電圧を記
録したところ、図１に示す電流−電圧曲線が得られた。
同寸法の安定化ジルコニア(0.08Y2O30.92ZrO2)を用いた
時と比較すると、高い電流を取り出しても、電圧降下が
生じることはなく、限界電流値は約１００ｍＶと、約
２.５倍であった。
６ｇとを用い、モル比で２：８にし、これをボールミル
を用いてエタノール中で湿式粉砕混合してＺｒＯ2−Ｃ
ｅＯ2混合粉末１６２２ｇを得た。この混合粉末に市販
のＳｒＣＯ3粉末７７.８ｇを加え、モル比を９５：５と
し、再度エタノール中で湿式混合したのち、乾燥した混
合粉末を白金容器に入れ、電気炉中１６００℃で３時間
焼成し、[0.95{0.2Zr0.8CeO2}−0.05SrO]固溶体粉末を
得た。この固溶体粉末と市販のイットリア８モル％安定
化ジルコニア粉末とを重量比で２：８となるように秤量
し、粉砕を受けないため樹脂コートしたボールを用い、
ボールミルにより混合して目的組成の粉末を得た。この
粉末を１軸加圧成形した後、電気炉中１６５０℃で５時
間焼結し、径１２ｍｍ×厚さ１ｍｍの焼結体を得た。得
られた焼結体は、Ｘ線回折の結果から、酸化ジルコニウ
ム−酸化セシウム固溶体相と安定化ジルコニア相とわず
かに生成したＳｒＺｒＯ3などの不純物相とからなって
おり、焼成によって固溶体相と安定化ジルコニア相とが
完全に固溶化した状態とはなっていなかった。この焼結
体を隔壁とし、水素ガスと酸素ガスとを隔てた燃料電池
に、図２の回路を接続し、９００℃で抵抗値を５Ωから
１０ＭΩまで変化させたときに発生した電流、電圧を記
録したところ、図１に示す電流−電圧曲線が得られた。
同寸法の安定化ジルコニア(0.08Y2O30.92ZrO2)を用いた
時と比較すると、高い電流を取り出しても、電圧降下が
生じることはなく、限界電流値は約１００ｍＶと、約
２.５倍であった。
【００１８】実施例２ 市販のＺｒＯ2粉末２４６ｇと市販のＣｅＯ2粉末１３７
６ｇとを用い、モル比で２：８にし、これをボールミル
を用いてエタノール中で湿式粉砕混合してＺｒＯ2−Ｃ
ｅＯ2混合粉末１６２２ｇを得た。この混合粉末に市販
のＳｒＣＯ3粉末４５.８ｇを加え、モル比を９７：３と
し、再度エタノール中で湿式混合したのち、乾燥した混
合粉末を白金容器に入れ、電気炉中１６００℃で３時間
焼成し、[0.97{0.2Zr0.8CeO2}−0.03SrO]固溶体粉末を
得た。この固溶体粉末と市販のイットリア８モル％安定
化ジルコニア粉末とを重量比で４：６となるように秤量
し、粉砕を受けないため樹脂コートしたボールを用い、
ボールミルにより混合して目的組成の粉末を得た。この
粉末を１軸加圧成形した後、電気炉中１６５０℃で５時
間焼結し、径１２ｍｍ×厚さ１ｍｍの焼結体を得た。得
られた焼結体は、Ｘ線回折の結果から酸化ジルコニウム
−酸化セリウム固溶体相と安定化ジルコニア相とわずか
に生成したＳｒＺｒＯ3などの不純物相からなってお
り、焼成によって固溶体相と安定化ジルコニア相とが完
全に固溶化した状態とはなっていなかった。この焼結体
を隔壁とし、水素ガスと酸素ガスとを隔てた燃料電池
に、図２の回路を接続し、９００℃で抵抗値を５Ωから
１０ＭΩまで変化させたときに発生した電流、電圧を記
録したところ、図１に示す電流−電圧曲線が得られた。
同寸法の安定化ジルコニア(0.08Y2O30.92ZrO2)を用いた
例と比較すると、高い電流を取り出しても、電圧降下が
生じることはなく、限界電流値は約７０ｍＶと、約１.
７倍であった。
６ｇとを用い、モル比で２：８にし、これをボールミル
を用いてエタノール中で湿式粉砕混合してＺｒＯ2−Ｃ
ｅＯ2混合粉末１６２２ｇを得た。この混合粉末に市販
のＳｒＣＯ3粉末４５.８ｇを加え、モル比を９７：３と
し、再度エタノール中で湿式混合したのち、乾燥した混
合粉末を白金容器に入れ、電気炉中１６００℃で３時間
焼成し、[0.97{0.2Zr0.8CeO2}−0.03SrO]固溶体粉末を
得た。この固溶体粉末と市販のイットリア８モル％安定
化ジルコニア粉末とを重量比で４：６となるように秤量
し、粉砕を受けないため樹脂コートしたボールを用い、
ボールミルにより混合して目的組成の粉末を得た。この
粉末を１軸加圧成形した後、電気炉中１６５０℃で５時
間焼結し、径１２ｍｍ×厚さ１ｍｍの焼結体を得た。得
られた焼結体は、Ｘ線回折の結果から酸化ジルコニウム
−酸化セリウム固溶体相と安定化ジルコニア相とわずか
に生成したＳｒＺｒＯ3などの不純物相からなってお
り、焼成によって固溶体相と安定化ジルコニア相とが完
全に固溶化した状態とはなっていなかった。この焼結体
を隔壁とし、水素ガスと酸素ガスとを隔てた燃料電池
に、図２の回路を接続し、９００℃で抵抗値を５Ωから
１０ＭΩまで変化させたときに発生した電流、電圧を記
録したところ、図１に示す電流−電圧曲線が得られた。
同寸法の安定化ジルコニア(0.08Y2O30.92ZrO2)を用いた
例と比較すると、高い電流を取り出しても、電圧降下が
生じることはなく、限界電流値は約７０ｍＶと、約１.
７倍であった。
【００１９】比較例１ 径１２ｍｍ×厚さ１ｍｍのイットリウム安定化ジルコニ
アの焼結体を隔壁とし、水素ガスと酸素ガスとを隔てた
燃料電池に、図２の回路を接続し、９００℃で、抵抗値
を５Ωから１０ＭΩまで変化させた時に発生した電流、
電圧を記録したところ、図１に示す電流−電圧曲線が得
られた。開回路の端子電圧はほぼ理論値と同じ(約９０
０ｍＶ)であったが、出力電流が３０ｍＡを超えると急
激に電圧降下を起こし、限界電流値は約４０ｍＡであっ
た。
アの焼結体を隔壁とし、水素ガスと酸素ガスとを隔てた
燃料電池に、図２の回路を接続し、９００℃で、抵抗値
を５Ωから１０ＭΩまで変化させた時に発生した電流、
電圧を記録したところ、図１に示す電流−電圧曲線が得
られた。開回路の端子電圧はほぼ理論値と同じ(約９０
０ｍＶ)であったが、出力電流が３０ｍＡを超えると急
激に電圧降下を起こし、限界電流値は約４０ｍＡであっ
た。
【００２０】比較例２ 実施例２と同様の方法で作製した[0.97{0.2Zr0.8CeO2}
−0.03SrO]固溶体粉末を１軸加圧成形し、電気炉中１６
５０℃で５時間焼結し、径１２ｍｍ×厚さ１ｍｍの焼結
体を得た。この焼結体を隔壁とし、水素ガスと酸素ガス
とを隔てた燃料電池に、図２の回路を接続し、９００℃
で、抵抗値を５Ωから１０ＭΩまで変化させた時に発生
した電流、電圧を記録したところ、図１に示す電流−電
圧曲線が得られた。開回路の端子電圧は約１００ｍＶと
理論値の約１０分の１と低く、可変抵抗の値に拘わら
ず、極めて低い電流値しか観測することができなかっ
た。
−0.03SrO]固溶体粉末を１軸加圧成形し、電気炉中１６
５０℃で５時間焼結し、径１２ｍｍ×厚さ１ｍｍの焼結
体を得た。この焼結体を隔壁とし、水素ガスと酸素ガス
とを隔てた燃料電池に、図２の回路を接続し、９００℃
で、抵抗値を５Ωから１０ＭΩまで変化させた時に発生
した電流、電圧を記録したところ、図１に示す電流−電
圧曲線が得られた。開回路の端子電圧は約１００ｍＶと
理論値の約１０分の１と低く、可変抵抗の値に拘わら
ず、極めて低い電流値しか観測することができなかっ
た。
【００２１】
【発明の効果】本発明のイオン導電体材料は、従来のイ
オン導電体材料よりも低温で燃料電池を高効率に作動さ
せることができ、更に熱に対して安定かつ耐熱衝撃性が
高いものである。
オン導電体材料よりも低温で燃料電池を高効率に作動さ
せることができ、更に熱に対して安定かつ耐熱衝撃性が
高いものである。
【図１】本発明の実施例１及び２並びに比較例１及び２
の焼結体をそれぞれ隔壁とし、水素−酸素燃料電池を形
成し、９００℃で作動させた場合の電流−電圧曲線であ
る。
の焼結体をそれぞれ隔壁とし、水素−酸素燃料電池を形
成し、９００℃で作動させた場合の電流−電圧曲線であ
る。
【図２】電流−電圧曲線を測定するために用いた装置の
回路図である。
回路図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｍ 8/12 8821−4Ｋ
Claims (1)
- 【請求項１】 [(１-ｙ){ｘＣｅ(１−ｘ)ＺｒＯ2｝−ｙ
ＳｒＯ](ただし、０.５≦ｘ≦０.９、０.０２≦ｙ≦０.
１)からなる組成の固溶体粉末と、安定化ジルコニア粉
末とを重量比で１：９ないし１：１の比率で混合した混
合物の焼結体よりなることを特徴とするイオン導電体材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33318692A JP3300077B2 (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | イオン導電体材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33318692A JP3300077B2 (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | イオン導電体材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06183740A true JPH06183740A (ja) | 1994-07-05 |
| JP3300077B2 JP3300077B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=18263269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33318692A Expired - Fee Related JP3300077B2 (ja) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | イオン導電体材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3300077B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010119994A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Mazda Motor Corp | 排気ガス浄化用触媒 |
| JP2011507174A (ja) * | 2007-12-10 | 2011-03-03 | ホガナス アクチボラグ （パブル） | 燃料電池の電解質用粉末 |
| KR101281468B1 (ko) * | 2012-03-20 | 2013-07-03 | 주식회사 비츠로셀 | 소결 접합을 이용한 리튬공기전지의 이온전도막 형성 방법 |
-
1992
- 1992-12-14 JP JP33318692A patent/JP3300077B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011507174A (ja) * | 2007-12-10 | 2011-03-03 | ホガナス アクチボラグ （パブル） | 燃料電池の電解質用粉末 |
| JP2010119994A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Mazda Motor Corp | 排気ガス浄化用触媒 |
| KR101281468B1 (ko) * | 2012-03-20 | 2013-07-03 | 주식회사 비츠로셀 | 소결 접합을 이용한 리튬공기전지의 이온전도막 형성 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3300077B2 (ja) | 2002-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3733030B2 (ja) | イオン伝導体 | |
| JP2882104B2 (ja) | プロトン伝導体およびその製造方法 | |
| Yamamoto et al. | Electrical conductivity of stabilized zirconia with ytterbia and scandia | |
| Slater et al. | Synthesis and electrical characterisation of doped perovskite titanates as potential anode materials for solid oxide fuel cells | |
| Sammes et al. | Ionic conductivity of ceria/yttria stabilized zirconia electrolyte materials | |
| Chiba et al. | Properties of La1− ySryNi1− xFexO3 as a cathode material for a low-temperature operating SOFC | |
| JP4608047B2 (ja) | 混合イオン伝導体およびこれを用いたデバイス | |
| US6517693B2 (en) | Ion conductor | |
| JP3453283B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| Pikalova et al. | The effect of co-dopant addition on the properties of Ln0. 2Ce0. 8O2− δ (Ln= Gd, Sm, La) solid-state electrolyte | |
| JP5311913B2 (ja) | 高イオン導電性固体電解質材料の製造方法 | |
| JP2007197315A (ja) | 混合イオン伝導体およびこれを用いたデバイス | |
| JP2000340240A (ja) | 高イオン導電性固体電解質材料及びそれを用いた固体電解質型燃料電池 | |
| JPH06107462A (ja) | 酸素イオン導伝体及び固体燃料電池 | |
| KR101808387B1 (ko) | 저온 소결용 세리아 전해질 및 이를 이용한 고체산화물연료전지 | |
| JP3011387B2 (ja) | セラミックス及びそれを用いた円筒型固体電解質燃料電池並びに平板型固体電解質燃料電池 | |
| JP2864928B2 (ja) | 混合イオン導電体 | |
| JP3121982B2 (ja) | 導電性セラミックス | |
| CA2516809C (en) | Mixed ionic conductor | |
| JP3300077B2 (ja) | イオン導電体材料 | |
| JP4589683B2 (ja) | 混合イオン伝導体 | |
| JP2003238154A (ja) | 複合酸化物、酸化物イオン伝導体、酸化物イオン伝導膜および電気化学セル | |
| JP3598956B2 (ja) | ガレート複合酸化物固体電解質材料とその製造方法 | |
| JP3877809B2 (ja) | プロトン伝導性セラミックス | |
| RU2779630C1 (ru) | Электродный материал на основе никелата празеодима для электрохимических устройств |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |