JPH07106938B2 - Beta-alumina solid electrolyte - Google Patents

Beta-alumina solid electrolyte

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JPH07106938B2
JPH07106938B2 JP4114641A JP11464192A JPH07106938B2 JP H07106938 B2 JPH07106938 B2 JP H07106938B2 JP 4114641 A JP4114641 A JP 4114641A JP 11464192 A JP11464192 A JP 11464192A JP H07106938 B2 JPH07106938 B2 JP H07106938B2
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JP
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beta
alumina
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sio
solid electrolyte
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幹夫 中川
武英 桑原
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NGK Insulators Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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NGK Insulators Ltd
Tokyo Electric Power Co Inc
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、優れた機械的強度とナ
トリウムイオン伝導性とを兼ね備えたベータアルミナ固
体電解質に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beta-alumina solid electrolyte having both excellent mechanical strength and sodium ion conductivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】ナトリウム硫黄電池に用いられるベータ
アルミナ管には長期間の使用に耐えうるよう一定値以上
の機械的強度とナトリウムイオン伝導性とが要求されて
いる。そして、前記ベータアルミナ管を製造する原料と
しては一般のセラミックス製品の原料と同様、鉄分のよ
うな着磁成分やシリカ成分を一律に有害な成分とみなし
それらの含有量を10ppm 以下のレベルにまで下げてあ
る高価な原料を用いたり、着磁成分を含有する安価なア
ルミナ原料を用いる場合にはそこから着磁成分を脱鉄処
理により10ppm 以下のレベルにまで除去処理したもの
を原料として使用していた。
2. Description of the Related Art Beta-alumina tubes used in sodium-sulfur batteries are required to have mechanical strength and sodium ion conductivity above a certain level so as to withstand long-term use. And, as a raw material for producing the beta-alumina tube, like the raw materials for general ceramic products, magnetizing components such as iron and silica components are uniformly regarded as harmful components, and their content is reduced to a level of 10 ppm or less. When using expensive lower raw materials or cheap alumina raw materials containing magnetizing components, demagnetize the magnetizing components to a level of 10 ppm or less and use them as raw materials. Was there.

【0003】ところが、このように着磁成分やシリカ成
分の含有量が10ppm 以下のレベルにまで下げてあるベ
ータアルミナ原料を用いた場合には、一定値以上の機械
的強度とナトリウムイオン伝導性の優れた製品を得るに
は1650℃以上の高い温度で焼成する必要があり、こ
の結果、温度コントロールが難しくなって同品質のベー
タアルミナ管を安定的に製造することが困難となるとい
う問題点や、大型炉とすることに適していないとともに
炉材が短命となって焼成コストが高くつくことになる等
の問題点があった。
However, when the beta-alumina raw material in which the content of the magnetizing component and the silica component is lowered to the level of 10 ppm or less is used, the mechanical strength and sodium ion conductivity of a certain value or more and In order to obtain an excellent product, it is necessary to bake at a high temperature of 1650 ° C. or higher, and as a result, it becomes difficult to control the temperature and it becomes difficult to stably produce a beta-alumina tube of the same quality. However, there is a problem that it is not suitable for a large-scale furnace and that the furnace material becomes short-lived and the firing cost becomes high.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来の問題点を解決して、従来と同等の高品質のベータ
アルミナ管を効率よく製造することができるベータアル
ミナ固体電解質を提供することを目的として完成された
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems and provides a beta-alumina solid electrolyte capable of efficiently producing a high-quality beta-alumina tube equivalent to the conventional one. It was completed for that purpose.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明のベータアルミナ固体電解質は、焼
結されたベータアルミナ中にFeをFe2O3 に換算して20
〜600ppm かつSiをSiO2に換算して20〜600ppm
含有したことを特徴とするものである。
The beta-alumina solid electrolyte of the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, is obtained by converting Fe into Fe 2 O 3 in sintered beta-alumina to 20%.
~600ppm and by converting the Si to SiO 2 20~600ppm
It is characterized by containing.

【0006】本発明は、従来セラミックス製品に対して
一律に有害成分とみなされ原料中から10ppm 以下のレ
ベルの含有量となるまで除去されていた鉄分のような着
磁成分やシリカ成分が、実はベータアルミナ管の焼結時
においてはベータアルミナ原料の焼結助剤として作用す
るものであるということを解明し、焼結時に前記Fe2O 3
及びSiO2の存在によってより緻密な焼結を実現すること
ができるとの知見の基に完成されたもので、焼結された
ベータアルミナ管中のFe2O3 含有量を20〜600ppm
とし、かつSiO2含有量を20〜600ppm となるよう事
前に脱鉄処理や原料調整をする点がポイントである。
The present invention is applied to conventional ceramic products.
It is considered to be a toxic component uniformly and the amount of the impurities contained in the raw material is 10ppm or less.
Iron-like deposits that had been removed to the bell content
The magnetic component and silica component are actually when the beta-alumina tube is sintered.
Acts as a sintering aid for the beta-alumina raw material
It was clarified that it was a2O 3
And SiO2To realize more precise sintering by the presence of
It was completed based on the knowledge that
Fe in beta-alumina tube2O3Content of 20-600ppm
And SiO2The content should be 20-600ppm
The point is that iron removal processing and raw material adjustment are done before.

【0007】本発明においては、焼結されたベータアル
ミナ中の微量成分であるFe2O3 含有量を20〜600pp
m とし、かつSiO2含有量を20〜600ppm とすること
により、焼成温度を従来品の1650℃から1580℃
の低い温度まで下げることが可能となった。このように
焼結されたベータアルミナ中のFe2O3 、SiO2の含有量が
所定量範囲内であれば、従来品よりも低い温度で焼成処
理するにもかかわらず、従来品と同等のナトリウムイオ
ン伝導性及び機械的強度が得られるとともに、前記のFe
2O3 、SiO2成分を微量を含んだ安価な原料の使用が可能
となり、経済的にべータアルミナの製造ができることと
なる。前記Fe2O3 、およびSiO2の含有量が20ppm より
少ない場合には従来品と同様に1650℃の高い温度で
焼成処理する必要があり、高品質のベータアルミナ管を
安定的に製造することが困難となる。一方、Fe2O3 、及
びSiO2の含有量が600ppm より多い場合には焼結され
たベータアルミナ管の微構造組織に欠陥が生じて十分な
機械的強度を得ることができなくなり、例えば目標値と
して設定した圧環強度(220Mpa )をクリアすること
ができなくなる。なお、その他に微量成分として含有さ
れるCaO やK2O 成分については各々300ppm より少な
いレベルの含有量であれば本発明になんら悪影響を与え
ることはない。
In the present invention, the content of Fe 2 O 3 which is a minor component in the sintered beta alumina is 20 to 600 pp.
By setting m 2 and the SiO 2 content to 20 to 600 ppm, the firing temperature is from 1650 ° C to 1580 ° C of the conventional product.
It became possible to lower the temperature to a low temperature. If the content of Fe 2 O 3 and SiO 2 in the beta-alumina thus sintered is within the predetermined amount range, it is equivalent to the conventional product in spite of firing at a lower temperature than the conventional product. Sodium ion conductivity and mechanical strength are obtained, and
An inexpensive raw material containing a trace amount of 2 O 3 and SiO 2 components can be used, and beta alumina can be economically produced. When the content of Fe 2 O 3 and SiO 2 is less than 20 ppm, it is necessary to perform the calcination treatment at a high temperature of 1650 ° C. as in the conventional product, and to stably produce a high quality beta alumina tube. Will be difficult. On the other hand, if the content of Fe 2 O 3 and SiO 2 is more than 600 ppm, defects occur in the microstructure of the sintered beta alumina tube, making it impossible to obtain sufficient mechanical strength. The radial crushing strength (220Mpa) set as the value cannot be cleared. In addition, the CaO and K 2 O components, which are contained as minor components, do not have any adverse effect on the present invention as long as the content is less than 300 ppm.

【0008】[0008]

【実施例】焼結されたベータアルミナ中の微量成分を調
整するために、ベータアルミナの主原料であるα−アル
ミナ原料を高価で純度の高いものから、安価で純度の低
いものまで種々のものを準備し、これにSiO2を種々の割
合で添加した。また、このようにして得られた原料をス
ラリー化し12000 ガウスの湿式脱鉄器により脱鉄処理を
施して、種々のFe2O3 の含有量となるよう調整を行っ
た。その他の微量成分についてはすべて成行きで特別な
調整は行わなかったが、K2O 及びCaO の含有量は各々最
小値で10ppm 、最大値で300ppm の範囲内であっ
た。なお、これらのK2O やCaO 等の微量成分については
本発明において必ずしも存在しなければならないもので
はない。以上のようにして得られた原料を常法に従い造
粒し、その後ベータアルミナ管の成形を行って、それぞ
れの試料について、焼結体密度が最大でかつ焼結体圧環
強度が最大となる焼成温度を測定した。このようにして
得られた焼結体中のFe2O 3 及びSiO2含有量と焼成温度と
の関係をまとめた結果を図1に示す。また、同様にナト
リウムイオン伝導率との関係をまとめた結果を図2に示
す。更に、同様にベータアルミナ管の機械的強度を表す
圧環強度との関係をまとめた結果を図3に示す。
[Examples] Preparation of minor components in sintered beta alumina
Α-Al which is the main raw material of beta-alumina
Mina raw materials are expensive and high purity, and are cheap and low purity.
Prepare various things up to2Various
Were added together. In addition, the raw material thus obtained is
Rallying and deironing with a 12000 gauss wet deironer
Give various Fe2O3Is adjusted so that the content of
It was All other trace ingredients are successful and special
No adjustment was made, but K2The contents of O 2 and CaO are
Small value is within 10ppm and maximum value is within 300ppm.
It was Note that these K2For trace components such as O and CaO
It must be present in the present invention
There is no. The raw material obtained as described above is manufactured by a conventional method.
Granulate, then form beta-alumina tube,
For these samples, the sintered compact has the highest density and the sintered compact
The firing temperature at which the strength was maximized was measured. In this way
Fe in the obtained sintered body2O 3And SiO2Content and firing temperature
The result of summarizing the relationship is shown in FIG. Also, likewise Nato
Fig. 2 shows the results that summarize the relationship with the ionic conductivity.
You Furthermore, it also represents the mechanical strength of beta-alumina tubes.
FIG. 3 shows the result of the summary of the relationship with the radial crushing strength.

【0009】図1からも明らかなように、焼結体中にお
けるFe2O3 及びSiO2含有量を各々20ppm 以上となるよ
うにした場合には、焼成温度を従来品の1650℃より
も低い1580℃で焼成することができ、一方、Fe2O3
及びSiO2含有量を各々600ppm 以下となるようにした
場合には、図2及び図3からも明らかなように、ナトリ
ウムイオン伝導率を目標値である4.4Ω・cm(330
℃の場合)以下とすることができ、また、圧環強度を目
標値である240Mpa 以上とすることができ、従来より
も低い温度でかつ安価な原料で従来品と同じく高品質の
ベータアルミナ管を製造できることが確認できた。
As is clear from FIG. 1, when the Fe 2 O 3 content and the SiO 2 content in the sintered body were each 20 ppm or more, the firing temperature was lower than 1650 ° C. of the conventional product. Can be fired at 1580 ° C, while Fe 2 O 3
When the SiO 2 content and the SiO 2 content are set to be 600 ppm or less, respectively, as is clear from FIGS. 2 and 3, the sodium ion conductivity is the target value of 4.4 Ω · cm (330
In the case of ℃), the radial crushing strength can be set to 240MPa or more, which is the target value, and a beta alumina tube of the same quality as the conventional product can be produced at a lower temperature and a cheaper raw material. It was confirmed that it could be manufactured.

【0010】[0010]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、ベー
タアルミナ中の微量成分であるFe2O3及びSiO2含有量を
各々20〜600ppm とすることにより、従来よりも低
い温度での焼成ができ、従来と同等の高品質のベータア
ルミナ管を効率よく製造することができるものであり、
更には鉄分のような着磁成分を含有した安価なアルミナ
原料を利用することも可能となり生産コストを大幅に低
下することができるという利点も有する。よって本発明
は従来の問題点を一掃したベータアルミナ固体電解質と
して、産業の発展に寄与するところは極めて大である。
As is clear from the above description, the content of Fe 2 O 3 and SiO 2 which are the minor components in beta-alumina is set to 20 to 600 ppm, respectively, so that the firing at a temperature lower than the conventional temperature can be achieved. It is possible to efficiently produce a high-quality beta-alumina tube equivalent to the conventional one,
Further, it is possible to use an inexpensive alumina raw material containing a magnetizing component such as iron, and there is also an advantage that the production cost can be significantly reduced. Therefore, the present invention, as a beta-alumina solid electrolyte that eliminates the conventional problems, has a great contribution to the industrial development.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例におけるベータアルミナ焼成体
中のFe2O3 及びSiO2含有量と焼成温度との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the Fe 2 O 3 and SiO 2 contents in a beta-alumina fired body and the firing temperature in Examples of the present invention.

【図2】本発明の実施例におけるベータアルミナ焼成体
中のFe2O3 及びSiO2含有量とナトリウムイオン伝導率と
の関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the content of Fe 2 O 3 and SiO 2 in the beta-alumina fired body and the sodium ion conductivity in the example of the present invention.

【図3】本発明の実施例におけるベータアルミナ焼成体
中のFe2O3 及びSiO2含有量と圧環強度との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the contents of Fe 2 O 3 and SiO 2 in a beta-alumina fired body and radial crushing strength in Examples of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 焼結されたベータアルミナ中にFeをFe2O
3 に換算して20〜600ppm かつSiをSiO2に換算して
20〜600ppm 含有したことを特徴とするベータアル
ミナ固体電解質。
1. Fe 2 O in sintered beta alumina
A beta-alumina solid electrolyte containing 20 to 600 ppm in terms of 3 and 20 to 600 ppm in terms of Si converted to SiO 2 .
JP4114641A 1992-05-07 1992-05-07 Beta-alumina solid electrolyte Expired - Lifetime JPH07106938B2 (en)

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Effective date: 19980616