JPH07157364A - ランタンクロマイト質材料 - Google Patents
ランタンクロマイト質材料Info
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- JPH07157364A JPH07157364A JP5302904A JP30290493A JPH07157364A JP H07157364 A JPH07157364 A JP H07157364A JP 5302904 A JP5302904 A JP 5302904A JP 30290493 A JP30290493 A JP 30290493A JP H07157364 A JPH07157364 A JP H07157364A
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- JP
- Japan
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- lanthanum chromite
- expansion
- conductivity
- thermal expansion
- lanthanum
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0215—Glass; Ceramic materials
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、導電性が高く、熱膨脹率も高く、
更に還元性雰囲気下においても膨脹が非常に少ないこと
を主要な目的とする。 【構成】ＬａＣｒＯ3 と表記されるランタンクロマイト
材料のうち、Ｌａの一部がＳｒに、かつＣｒの一部がＭ
ｇに置換されていることを特徴とするランタンクロマイ
ト質材料、あるいは（Ｌａ1-x Ｓｒx ）（Ｃｒ1-y Ｍｇ
y ）Ｏ3 と表記される化学組成において、０＜ｘ＜０．
３，０＜ｙ＜０．２であることを特徴とするランタンク
ロマイト質材料。
更に還元性雰囲気下においても膨脹が非常に少ないこと
を主要な目的とする。 【構成】ＬａＣｒＯ3 と表記されるランタンクロマイト
材料のうち、Ｌａの一部がＳｒに、かつＣｒの一部がＭ
ｇに置換されていることを特徴とするランタンクロマイ
ト質材料、あるいは（Ｌａ1-x Ｓｒx ）（Ｃｒ1-y Ｍｇ
y ）Ｏ3 と表記される化学組成において、０＜ｘ＜０．
３，０＜ｙ＜０．２であることを特徴とするランタンク
ロマイト質材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質燃料電池
用インターコネクターや固体電解質水蒸気電解装置用イ
ンターコネクターなどに使用されるランタンクロマイト
質材料に関する。
用インターコネクターや固体電解質水蒸気電解装置用イ
ンターコネクターなどに使用されるランタンクロマイト
質材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知の如く、固体電解質燃料電池（ＳＯ
ＦＣ）においては、単セルを複層化し電圧を上げて電力
を得るため、接続用材料としてのインターコネクターが
使用されている。ところで、このインターコネクター
は、電気的な接続をすると同時に、高温において酸化性
ガス（空気）と還元性ガス（燃料）を分離する役目を併
せ持っている。従って、インターコネクターの材料とし
て、金属としては高融点金属，酸化物としてはペロブス
カイト型酸化物であるＭｇ，Ｃａ，Ｓｒなどをドーピン
グしたランタンクロマイトが使用されている。
ＦＣ）においては、単セルを複層化し電圧を上げて電力
を得るため、接続用材料としてのインターコネクターが
使用されている。ところで、このインターコネクター
は、電気的な接続をすると同時に、高温において酸化性
ガス（空気）と還元性ガス（燃料）を分離する役目を併
せ持っている。従って、インターコネクターの材料とし
て、金属としては高融点金属，酸化物としてはペロブス
カイト型酸化物であるＭｇ，Ｃａ，Ｓｒなどをドーピン
グしたランタンクロマイトが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高融点
金属でも、ＳＯＦＣの使用温度は１０００℃程度と高い
ため、長時間の使用においては酸化雰囲気では酸化物を
形成し、表面が絶縁体となるため、電気の導通が悪くな
り、好ましくない。一方、酸化物であるタンタンクロマ
イトは酸化雰囲気中では安定であるものの、導電性が低
く、還元雰囲気中では還元され、導電性などの特性が変
化しやすいという問題がある。そこで、導電性向上のた
め、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒなどのアルカリ土類金属をドーピ
ングして使用している。導電性は、Ｓｒ＞Ｃａ＞Ｍｇの
順にドーピングされたランタンクロマイトの導電率は高
くなる。
金属でも、ＳＯＦＣの使用温度は１０００℃程度と高い
ため、長時間の使用においては酸化雰囲気では酸化物を
形成し、表面が絶縁体となるため、電気の導通が悪くな
り、好ましくない。一方、酸化物であるタンタンクロマ
イトは酸化雰囲気中では安定であるものの、導電性が低
く、還元雰囲気中では還元され、導電性などの特性が変
化しやすいという問題がある。そこで、導電性向上のた
め、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒなどのアルカリ土類金属をドーピ
ングして使用している。導電性は、Ｓｒ＞Ｃａ＞Ｍｇの
順にドーピングされたランタンクロマイトの導電率は高
くなる。
【０００４】次に、ＳＯＦＣは電解質（ＹＳＺ）及び酸
素極，燃料極などの電極及びインターコネクターの複合
体であるため、インターコネクターとベースとなるＹＳ
Ｚの熱膨脹率は一致している必要がある。この点からは
Ｓｒをドーピングしたランタンクロマイトが熱膨脹率１
０×１０-6℃-1程度であり、電解質であるＹＳＺとほぼ
一致している。従って、ＳＯＦＣ用のインターコネクタ
ーとしては導電率が高く、また電解質であるＹＳＺと熱
膨脹率がほぼ一致する，Ｓｒをドーピングしたランタン
クロマイトが使用されている。還元雰囲気での挙動をみ
ると、Ｓｒをドーピングしたランタンクロマイトは還元
による膨脹が比較的大きくインターコネクターの変形及
び割れ，電極の剥れ等の原因になることが推察される。
素極，燃料極などの電極及びインターコネクターの複合
体であるため、インターコネクターとベースとなるＹＳ
Ｚの熱膨脹率は一致している必要がある。この点からは
Ｓｒをドーピングしたランタンクロマイトが熱膨脹率１
０×１０-6℃-1程度であり、電解質であるＹＳＺとほぼ
一致している。従って、ＳＯＦＣ用のインターコネクタ
ーとしては導電率が高く、また電解質であるＹＳＺと熱
膨脹率がほぼ一致する，Ｓｒをドーピングしたランタン
クロマイトが使用されている。還元雰囲気での挙動をみ
ると、Ｓｒをドーピングしたランタンクロマイトは還元
による膨脹が比較的大きくインターコネクターの変形及
び割れ，電極の剥れ等の原因になることが推察される。
【０００５】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、ランタンクロマイトへのドーピング元素とし
てＳｒとＭｇを同時に入れることにより、導電性が高
く、熱膨脹率も高く、更に還元性雰囲気下においても膨
脹が非常に少ないランタンクロマイト質材料を提供する
ことを目的とする。
たもので、ランタンクロマイトへのドーピング元素とし
てＳｒとＭｇを同時に入れることにより、導電性が高
く、熱膨脹率も高く、更に還元性雰囲気下においても膨
脹が非常に少ないランタンクロマイト質材料を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、Ｌａ
ＣｒＯ3 と表記されるランタンクロマイト材料のうち、
Ｌａの一部がＳｒに、かつＣｒの一部がＭｇに置換され
ていることを特徴とするランタンクロマイト質材料であ
る。
ＣｒＯ3 と表記されるランタンクロマイト材料のうち、
Ｌａの一部がＳｒに、かつＣｒの一部がＭｇに置換され
ていることを特徴とするランタンクロマイト質材料であ
る。
【０００７】本願第２の発明は、（Ｌａ1-x Ｓｒx ）
（Ｃｒ1-y Ｍｇy ）Ｏ3 と表記される化学組成におい
て、０＜ｘ＜０．３，０＜ｙ＜０．２であることを特徴
とするランタンクロマイト質材料である。
（Ｃｒ1-y Ｍｇy ）Ｏ3 と表記される化学組成におい
て、０＜ｘ＜０．３，０＜ｙ＜０．２であることを特徴
とするランタンクロマイト質材料である。
【０００８】
【作用】本発明者らは、ランタンクロマイト質材料の導
電率を落とさないで還元時の膨脹を防止するため、鋭意
検討を行った結果、次の結論を得た。つまり、ランタン
クロマイトのＡサイトＬａとＢサイトＣｒの固溶元素と
してＳｒとＭｇを同時に置換させることにより、還元時
の膨脹を低くおさえることが可能であることを見出だし
た。従来、Ｍｇを置換すれば、還元時の膨脹は少ないこ
とは判明していた。ところが、Ｍｇ置換の場合、１００
０℃における導電率は１０〜１５Ｓ・cm-1程度と低く、
また熱膨脹率も８〜９×１０-6℃-1程度であった。一
方、Ｓｒ置換の場合、１０００℃における導電率は３０
Ｓ・cm-1以上と高く、また熱膨脹率も１０×１０-6℃-1
程度とＳＯＦＣの主要構成部材であるＹＳＺとほぼ一致
しているが、還元時における膨脹が大きい。
電率を落とさないで還元時の膨脹を防止するため、鋭意
検討を行った結果、次の結論を得た。つまり、ランタン
クロマイトのＡサイトＬａとＢサイトＣｒの固溶元素と
してＳｒとＭｇを同時に置換させることにより、還元時
の膨脹を低くおさえることが可能であることを見出だし
た。従来、Ｍｇを置換すれば、還元時の膨脹は少ないこ
とは判明していた。ところが、Ｍｇ置換の場合、１００
０℃における導電率は１０〜１５Ｓ・cm-1程度と低く、
また熱膨脹率も８〜９×１０-6℃-1程度であった。一
方、Ｓｒ置換の場合、１０００℃における導電率は３０
Ｓ・cm-1以上と高く、また熱膨脹率も１０×１０-6℃-1
程度とＳＯＦＣの主要構成部材であるＹＳＺとほぼ一致
しているが、還元時における膨脹が大きい。
【０００９】この発明のようにＳｒとＭｇを同時置換す
ることにより、ＳＯＦＣのインターコネクターとして要
求される性質，つまり熱膨脹率をＹＳＺにほぼ一致さ
せ、導電率は高く、かつ還元時における膨脹をほぼ防止
できることを明らかとした。
ることにより、ＳＯＦＣのインターコネクターとして要
求される性質，つまり熱膨脹率をＹＳＺにほぼ一致さ
せ、導電率は高く、かつ還元時における膨脹をほぼ防止
できることを明らかとした。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の一実施例について説明す
る。ランタンクロマイトとして下記組成の ペロブスカ
イト型酸化物を試作した。 （Ｌａ1-x Ｓｒx ）（Ｃｒ1-y Ｍｇy ）Ｏ3 但し、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．４ まず、原料粉末として、酸化ランタン，炭酸ストロンチ
ウム，炭酸マグネシウム，酸化クロムを所定割合に配合
した後、ボールミルを用いて混合し、次に１３００℃に
おいて１０時間熱処理して複合酸化物粉末を得た。つづ
いて、１００ｋｇ／cm2 で一軸プレスして６０mmφ×５
mmｔ程度の円板を得た後、２０００ｋｇ／cm2 でＣＩＰ
処理し、成形体を得た。この後、１５００〜１７００℃
の各条件において焼結し、焼結体を得た。更に、円板焼
結体から３×４×４０mmのテストピースを加工し、物性
測定用サンプルとした。ここで、各物性測定は、次のよ
うに実施した。
る。ランタンクロマイトとして下記組成の ペロブスカ
イト型酸化物を試作した。 （Ｌａ1-x Ｓｒx ）（Ｃｒ1-y Ｍｇy ）Ｏ3 但し、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．４ まず、原料粉末として、酸化ランタン，炭酸ストロンチ
ウム，炭酸マグネシウム，酸化クロムを所定割合に配合
した後、ボールミルを用いて混合し、次に１３００℃に
おいて１０時間熱処理して複合酸化物粉末を得た。つづ
いて、１００ｋｇ／cm2 で一軸プレスして６０mmφ×５
mmｔ程度の円板を得た後、２０００ｋｇ／cm2 でＣＩＰ
処理し、成形体を得た。この後、１５００〜１７００℃
の各条件において焼結し、焼結体を得た。更に、円板焼
結体から３×４×４０mmのテストピースを加工し、物性
測定用サンプルとした。ここで、各物性測定は、次のよ
うに実施した。
【００１１】（還元膨脹）：テストピースを水素雰囲気
中、１００℃，５時間保持した後、冷却し、長さ変化を
測定した。 （導電率）：テストピースに４本の白金リード線（間隔
約１０mm）を巻きつけ、各温度において直流４端子法に
より測定した。
中、１００℃，５時間保持した後、冷却し、長さ変化を
測定した。 （導電率）：テストピースに４本の白金リード線（間隔
約１０mm）を巻きつけ、各温度において直流４端子法に
より測定した。
【００１２】（熱膨脹率）：テストピースを１０℃／mi
n で昇温し、熱膨脹を連続的に測定した。 図１は、還元膨脹のデータを示す。図１において、横軸
はランタンクロマイトの組成，縦軸は還元膨脹を示す。
図１より、ｘ＝０．２の場合還元膨脹は０．３％と大き
いのに対し、ｘ＝０．２でもｙ＝０．１とすると還元膨
脹は０．０８％であり、かなり低下させることが可能で
あることが明らかである。
n で昇温し、熱膨脹を連続的に測定した。 図１は、還元膨脹のデータを示す。図１において、横軸
はランタンクロマイトの組成，縦軸は還元膨脹を示す。
図１より、ｘ＝０．２の場合還元膨脹は０．３％と大き
いのに対し、ｘ＝０．２でもｙ＝０．１とすると還元膨
脹は０．０８％であり、かなり低下させることが可能で
あることが明らかである。
【００１３】図２は、１０００℃における導電率のデー
タを示す。図２において、横軸はランタンクロマイトの
組成を，縦軸は導電率を示す。図２より、ｘ＝０．２の
場合３７Ｓ・cm-1と高いが、ｙ＝０．１では１４Ｓ・cm
-1と半分以下となることが明らかである。一方、ｘ＝
０．２，ｙ＝０．１とすることにより、３３Ｓ・cm-1程
度と導電率の低下は小さい。
タを示す。図２において、横軸はランタンクロマイトの
組成を，縦軸は導電率を示す。図２より、ｘ＝０．２の
場合３７Ｓ・cm-1と高いが、ｙ＝０．１では１４Ｓ・cm
-1と半分以下となることが明らかである。一方、ｘ＝
０．２，ｙ＝０．１とすることにより、３３Ｓ・cm-1程
度と導電率の低下は小さい。
【００１４】図３は、熱膨脹率のデータを示す。図３に
おいて、横軸はランタンクロマイトの組成，縦軸は熱膨
脹率を示す。図３より、ｘ＝０．２の場合１０．３×１
０-6℃-1とＹＳＺ（１０．３×１０-6℃-1）と一致して
いるが、ｙ＝０．１の場合９．０×１０-6℃-1と１０％
の差が生じることが明らかである。また、ｘ＝０．２，
ｙ＝０．１とすることにより、熱膨脹率は１０．２×１
０-6℃-1とＹＳＺとほぼ一致していることがことが明ら
かである。
おいて、横軸はランタンクロマイトの組成，縦軸は熱膨
脹率を示す。図３より、ｘ＝０．２の場合１０．３×１
０-6℃-1とＹＳＺ（１０．３×１０-6℃-1）と一致して
いるが、ｙ＝０．１の場合９．０×１０-6℃-1と１０％
の差が生じることが明らかである。また、ｘ＝０．２，
ｙ＝０．１とすることにより、熱膨脹率は１０．２×１
０-6℃-1とＹＳＺとほぼ一致していることがことが明ら
かである。
【００１５】このように、上記実施例によれば、ランタ
ンクロマイト（ＬａＣｒＯ3 ）材料について、Ｌａの一
部をＳｒ，Ｃｒの一部をＭｇに置換することにより、還
元時における膨脹を防止できると同時に、導電率及び熱
膨脹率も高く保持できる。
ンクロマイト（ＬａＣｒＯ3 ）材料について、Ｌａの一
部をＳｒ，Ｃｒの一部をＭｇに置換することにより、還
元時における膨脹を防止できると同時に、導電率及び熱
膨脹率も高く保持できる。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
ランタンクロマイトへのドーピング元素としてＳｒとＭ
ｇを同時に入れることにより、導電性が高く、熱膨脹率
も高く、更に還元性雰囲気下においても膨脹が非常に少
ないランタンクロマイト質材料を提供できる。
ランタンクロマイトへのドーピング元素としてＳｒとＭ
ｇを同時に入れることにより、導電性が高く、熱膨脹率
も高く、更に還元性雰囲気下においても膨脹が非常に少
ないランタンクロマイト質材料を提供できる。
【図１】この発明に係る還元膨脹のデータを示す特性
図。
図。
【図２】この発明に係る１０００℃における導電率のデ
ータを示す特性図。
ータを示す特性図。
【図３】この発明に係る熱膨脹率のデータを示す特性
図。
図。
Claims (2)
- 【請求項１】 ＬａＣｒＯ3 と表記されるランタンクロ
マイト材料のうち、Ｌａの一部がＳｒに、かつＣｒの一
部がＭｇに置換されていることを特徴とするランタンク
ロマイト質材料。 - 【請求項２】 （Ｌａ1-x Ｓｒx ）（Ｃｒ1-y Ｍｇy ）
Ｏ3 と表記される化学組成において、０＜ｘ＜０．３，
０＜ｙ＜０．２であることを特徴とするランタンクロマ
イト質材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5302904A JPH07157364A (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | ランタンクロマイト質材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5302904A JPH07157364A (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | ランタンクロマイト質材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07157364A true JPH07157364A (ja) | 1995-06-20 |
Family
ID=17914512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5302904A Pending JPH07157364A (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | ランタンクロマイト質材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07157364A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5958304A (en) * | 1993-06-21 | 1999-09-28 | Gas Research Institute | Doped lanthanum chromite material for bipolar interconnects for solid oxide fuel cells |
| JP2001342056A (ja) * | 2000-05-29 | 2001-12-11 | Chubu Kiresuto Kk | 高密度ランタンクロマイト系酸化物成形体の製法 |
-
1993
- 1993-12-02 JP JP5302904A patent/JPH07157364A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5958304A (en) * | 1993-06-21 | 1999-09-28 | Gas Research Institute | Doped lanthanum chromite material for bipolar interconnects for solid oxide fuel cells |
| JP2001342056A (ja) * | 2000-05-29 | 2001-12-11 | Chubu Kiresuto Kk | 高密度ランタンクロマイト系酸化物成形体の製法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011030 |