JPH1097860A - ゾルゲル法によるＳｃ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３添加ＺｒＯ２系固体電解質膜の作製法 - Google Patents
ゾルゲル法によるＳｃ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３添加ＺｒＯ２系固体電解質膜の作製法Info
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- JPH1097860A JPH1097860A JP8271657A JP27165796A JPH1097860A JP H1097860 A JPH1097860 A JP H1097860A JP 8271657 A JP8271657 A JP 8271657A JP 27165796 A JP27165796 A JP 27165796A JP H1097860 A JPH1097860 A JP H1097860A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温動作型固体燃料電池用材料として優れた
材料であるＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2を薄膜化
し、固体電解質膜を低いプロセスコストで作製すること
を目的とする。 【解決手段】 Ｓｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2系固体
電解質膜の作製法は、Ｓｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3およびＺｒＯ
2を含むゾルゲル液を薄膜形成材とすることを特徴とす
る。 【効果】 イオン伝導性に優れたＡｌ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3添
加ＺｒＯ2電解質を低温、かつ簡便に薄膜化できるとい
う利点がある。
材料であるＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2を薄膜化
し、固体電解質膜を低いプロセスコストで作製すること
を目的とする。 【解決手段】 Ｓｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2系固体
電解質膜の作製法は、Ｓｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3およびＺｒＯ
2を含むゾルゲル液を薄膜形成材とすることを特徴とす
る。 【効果】 イオン伝導性に優れたＡｌ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3添
加ＺｒＯ2電解質を低温、かつ簡便に薄膜化できるとい
う利点がある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体燃料電池用固体電解
質の作製法に関するものである。
質の作製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および問題点】近年、酸素イオン伝導体を
用いた固体電解質燃料電池に関心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特長を持っている。
用いた固体電解質燃料電池に関心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特長を持っている。
【０００３】固体電解質燃料電池の電解質は、内部をイ
オンが流れるときに生じる直流抵抗損を低く抑える必要
から、高いイオン伝導度が求められる。
オンが流れるときに生じる直流抵抗損を低く抑える必要
から、高いイオン伝導度が求められる。
【０００４】酸素イオン導電体であるＹ2Ｏ3安定化Ｚｒ
Ｏ2（ＹＳＺ）は酸化・還元雰囲気でイオン輸率がほぼ
１．０であるため、固体電解質燃料電池の電解質として
従来最も有望視されてきた。しかし、十分なイオン伝導
度を得るには１０００℃の高温動作が必要であり、この
ような高温では電極界面との反応による部品寿命の劣化
が激しく固体燃料電池の実用化が遅れているのが現状で
ある。そこで動作温度低減が望まれている。
Ｏ2（ＹＳＺ）は酸化・還元雰囲気でイオン輸率がほぼ
１．０であるため、固体電解質燃料電池の電解質として
従来最も有望視されてきた。しかし、十分なイオン伝導
度を得るには１０００℃の高温動作が必要であり、この
ような高温では電極界面との反応による部品寿命の劣化
が激しく固体燃料電池の実用化が遅れているのが現状で
ある。そこで動作温度低減が望まれている。
【０００５】低温動作化（６００℃から８００℃程度）
には、高イオン伝導度材の使用、及び電解質の薄膜化が
必要である。
には、高イオン伝導度材の使用、及び電解質の薄膜化が
必要である。
【０００６】ところでＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2
は、従来材のＹ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2に比べ約３倍（８０
０℃）のイオン伝導度を有し、且つイオン輸率がほぼ
１．０である。このため、この材料は低温動作様の固体
電解質材として有望である。さらにこの材料を薄膜化す
れば低温動作時の発電効率の向上が期待できる。
は、従来材のＹ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2に比べ約３倍（８０
０℃）のイオン伝導度を有し、且つイオン輸率がほぼ
１．０である。このため、この材料は低温動作様の固体
電解質材として有望である。さらにこの材料を薄膜化す
れば低温動作時の発電効率の向上が期待できる。
【０００７】薄膜化の方法としては、気相成長法の一種
であるＥＶＤ法が最もよく検討されているが、装置が複
雑であり、製造コストの高い点及び精密な組成制御が難
しいなどの難点がある。特にＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加Ｚ
ｒＯ2系は三元系で且つドーパント濃度が低いため、均
一な膜を安定的に作製することは困難である。
であるＥＶＤ法が最もよく検討されているが、装置が複
雑であり、製造コストの高い点及び精密な組成制御が難
しいなどの難点がある。特にＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加Ｚ
ｒＯ2系は三元系で且つドーパント濃度が低いため、均
一な膜を安定的に作製することは困難である。
【０００８】
【本発明の目的】本発明は、低温動作型固体燃料電池用
材料として優れた材料であるＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加Ｚ
ｒＯ2を薄膜化し、固体電解質膜を低いプロセスコスト
で作製することを目的とする。
材料として優れた材料であるＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加Ｚ
ｒＯ2を薄膜化し、固体電解質膜を低いプロセスコスト
で作製することを目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
ため、本発明によるゾルゲル法によるＳｃＯ2、Ａｌ2Ｏ
3添加ＺｒＯ2系固体電解質膜の作製法は、Ｓｃ2Ｏ3、Ａ
ｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2を含むゾルゲル液を薄膜形成材と
することを特徴とする。
ため、本発明によるゾルゲル法によるＳｃＯ2、Ａｌ2Ｏ
3添加ＺｒＯ2系固体電解質膜の作製法は、Ｓｃ2Ｏ3、Ａ
ｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2を含むゾルゲル液を薄膜形成材と
することを特徴とする。
【００１０】本発明はＺｒＯ2、Ｓｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3を
１−ｘ−ｙ：ｘ：ｙ（０．０７０＜ｘ＋ｙ＜０．１６
０、かつ、０．００５＜ｙ＜０．０５０）の比で含むゾ
ルゲル液を基板の上に塗布し、これを電気炉等の中で熱
処理することで得られる。
１−ｘ−ｙ：ｘ：ｙ（０．０７０＜ｘ＋ｙ＜０．１６
０、かつ、０．００５＜ｙ＜０．０５０）の比で含むゾ
ルゲル液を基板の上に塗布し、これを電気炉等の中で熱
処理することで得られる。
【００１１】上述のように、ゾルゲル液の組成比は、Ｚ
ｒＯ2：Ｓｃ2Ｏ3：Ａｌ2Ｏ3＝１−ｘ−ｙ：ｘ：ｙ
（０．０７０＜ｘ＋ｙ＜０．１６０、かつ、０．００５
＜ｙ＜０．０５０）であるのが好ましいが、この範囲で
あると、形成される薄膜が立方晶に安定し、かつイオン
伝導度が高い組成であるからである。またこの系が三元
系であることおよびＡｌ2Ｏ3の添加量が少ないことか
ら、ＥＶＤ法などによる従来使用されている薄膜作製法
では、製膜が困難であるからである。
ｒＯ2：Ｓｃ2Ｏ3：Ａｌ2Ｏ3＝１−ｘ−ｙ：ｘ：ｙ
（０．０７０＜ｘ＋ｙ＜０．１６０、かつ、０．００５
＜ｙ＜０．０５０）であるのが好ましいが、この範囲で
あると、形成される薄膜が立方晶に安定し、かつイオン
伝導度が高い組成であるからである。またこの系が三元
系であることおよびＡｌ2Ｏ3の添加量が少ないことか
ら、ＥＶＤ法などによる従来使用されている薄膜作製法
では、製膜が困難であるからである。
【００１２】上述の熱処理は、ゾルゲル液内の有機物を
分解蒸発し、原子レベルで混じり合った状態で残されて
いる金属塩が反応し、電解質膜が得るために行なわれ
る。一般に用いられている固相反応法では、Ａｌ2Ｏ3や
Ｓｃ2Ｏ3が固溶しにくいので、この系の場合、１６００
℃以上の高温が必要となる。これに対しゾルゲル法は各
元素の混合が原子レベルで行われているため比較的低温
の熱処理によっても均一で緻密な薄膜が得られる。すな
わち、１１００〜１３００℃の温度で行うことができ
る。
分解蒸発し、原子レベルで混じり合った状態で残されて
いる金属塩が反応し、電解質膜が得るために行なわれ
る。一般に用いられている固相反応法では、Ａｌ2Ｏ3や
Ｓｃ2Ｏ3が固溶しにくいので、この系の場合、１６００
℃以上の高温が必要となる。これに対しゾルゲル法は各
元素の混合が原子レベルで行われているため比較的低温
の熱処理によっても均一で緻密な薄膜が得られる。すな
わち、１１００〜１３００℃の温度で行うことができ
る。
【００１３】この本発明の方法によれば、ゾルゲル液の
塗布厚を調整することにより最終的なゾルゲル膜の厚み
を０．１ミクロンから１００ミクロンまで制御すること
ができる。ここでゾルゲル液の塗布にはスピンコート
法、スクリーンプリント法、スプレー法又はディッピン
グ法を用いればよい。
塗布厚を調整することにより最終的なゾルゲル膜の厚み
を０．１ミクロンから１００ミクロンまで制御すること
ができる。ここでゾルゲル液の塗布にはスピンコート
法、スクリーンプリント法、スプレー法又はディッピン
グ法を用いればよい。
【００１４】ここで、基板としては平坦な比較的イオン
伝導度の高いものであれが基本的にいかなるものでもよ
い。たとえば、後述の実施例で述べるＡｌ2Ｏ3基板、Ｌ
ａ−Ｓｒ−ＭｎＯ3系基板、Ｇｄ2Ｏ3添加ＣｅＯ2系基板
等のほかに、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂａ2Ｉｎ2Ｏ5、＋３価になる
希土類元素を添加したＣｅＯ2などのイオン電導体、混
合導電体、多孔質の電子伝導体を使用することができ
る。多孔質基板の上にこのような本発明による薄膜を形
成するには、表面の平坦化（緻密化）は必要であるが、
これには多孔質基板上に微細な電極材を塗布し焼き固め
た後に表面を研磨する方法によって行うことができる。
前述の基板は実施例２に示すように固体電解質自体の基
板であってもよく、また実施例１に示すように電極を兼
ねる基板であってもよい。
伝導度の高いものであれが基本的にいかなるものでもよ
い。たとえば、後述の実施例で述べるＡｌ2Ｏ3基板、Ｌ
ａ−Ｓｒ−ＭｎＯ3系基板、Ｇｄ2Ｏ3添加ＣｅＯ2系基板
等のほかに、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂａ2Ｉｎ2Ｏ5、＋３価になる
希土類元素を添加したＣｅＯ2などのイオン電導体、混
合導電体、多孔質の電子伝導体を使用することができ
る。多孔質基板の上にこのような本発明による薄膜を形
成するには、表面の平坦化（緻密化）は必要であるが、
これには多孔質基板上に微細な電極材を塗布し焼き固め
た後に表面を研磨する方法によって行うことができる。
前述の基板は実施例２に示すように固体電解質自体の基
板であってもよく、また実施例１に示すように電極を兼
ねる基板であってもよい。
【００１５】
【作用】もし、上記のイオン導電性の高いＳｃ2Ｏ3添加
ＺｒＯ2材電解質を薄膜化することができれば、電解質
内での電圧降下を軽減することができる。これにより発
電効率が向上し低温動作化が可能となる。
ＺｒＯ2材電解質を薄膜化することができれば、電解質
内での電圧降下を軽減することができる。これにより発
電効率が向上し低温動作化が可能となる。
【００１６】またゾルゲル法は、湿式法の一種であるた
め複雑な装置を必要とせず、原料の利用率も高いため製
造コストの面でも優れている。
め複雑な装置を必要とせず、原料の利用率も高いため製
造コストの面でも優れている。
【００１７】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。なお、当
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
【００１８】
【実施例１】図１ａ、図２ｂは本発明の材料を用いゾル
ゲル法により電解質膜をＡｌ2Ｏ3基板の上に製膜するプ
ロセスを示したものである。これを以下に説明する。
ゲル法により電解質膜をＡｌ2Ｏ3基板の上に製膜するプ
ロセスを示したものである。これを以下に説明する。
【００１９】図１ａに示すように、２−メトキシエタノ
ール２９．４ｇ中にアルミニウムイソプロポキシド（Ａ
ｌ―（ＯＰｒ’）3 ）１．１４ｇ及び２，４−ペンタ
ンジオン ２０．８ｇを加え、超音波にかけた後、１２
０℃で温めて溶解させ、約０．３％のアルミニウム溶液
を調整した。
ール２９．４ｇ中にアルミニウムイソプロポキシド（Ａ
ｌ―（ＯＰｒ’）3 ）１．１４ｇ及び２，４−ペンタ
ンジオン ２０．８ｇを加え、超音波にかけた後、１２
０℃で温めて溶解させ、約０．３％のアルミニウム溶液
を調整した。
【００２０】これに硝酸スカンジウム・４水和物 ３．
５５ｇ、ジルコニウムノルマルブトキシド（Ｚｒ−（Ｏ
ｂｕ）4）（Ｚｒ：１９．９９％）２２．５６ｇを加
え、再び超音波にかけ溶融させ、最後に溶液中の酸化物
換算濃度が７．２％になるように２−メトキシエタノー
ルを２２．５５ｇ添加し、０．８５（ＺｒＯ2）−０．
１０（Ｓｃ2Ｏ3）−０．０５（Ａｌ2Ｏ3）薄膜形成剤を
調整した。
５５ｇ、ジルコニウムノルマルブトキシド（Ｚｒ−（Ｏ
ｂｕ）4）（Ｚｒ：１９．９９％）２２．５６ｇを加
え、再び超音波にかけ溶融させ、最後に溶液中の酸化物
換算濃度が７．２％になるように２−メトキシエタノー
ルを２２．５５ｇ添加し、０．８５（ＺｒＯ2）−０．
１０（Ｓｃ2Ｏ3）−０．０５（Ａｌ2Ｏ3）薄膜形成剤を
調整した。
【００２１】前述のように調整した薄膜形成剤を、図１
ｂに示すようにスピンコート法により、Ａｌ2Ｏ3基板上
へ塗布し、４００℃の電気炉で１０分間乾燥させ、この
行程を所望の膜厚が得られるまで繰り返し、最後に電気
炉内で１２００℃、１時間の熱処理を行い０．８５（Ｚ
ｒＯ2）−０．１０（Ｓｃ2Ｏ3）−０．０５（Ａｌ
2Ｏ3）薄膜を形成した。なお、スピンコートでの製膜条
件は、５００ｒｐｍ，２０ｓｅｃである。
ｂに示すようにスピンコート法により、Ａｌ2Ｏ3基板上
へ塗布し、４００℃の電気炉で１０分間乾燥させ、この
行程を所望の膜厚が得られるまで繰り返し、最後に電気
炉内で１２００℃、１時間の熱処理を行い０．８５（Ｚ
ｒＯ2）−０．１０（Ｓｃ2Ｏ3）−０．０５（Ａｌ
2Ｏ3）薄膜を形成した。なお、スピンコートでの製膜条
件は、５００ｒｐｍ，２０ｓｅｃである。
【００２２】これらの薄膜電解質材のイオン伝導度を直
流４端子法で５００℃から１０００℃まで測定した。こ
れを図２に示す。図２はイオン伝導度の温度依存性を示
すものであり、●はゾルゲル膜、○は比較のための同じ
組成の焼結膜を示す。
流４端子法で５００℃から１０００℃まで測定した。こ
れを図２に示す。図２はイオン伝導度の温度依存性を示
すものであり、●はゾルゲル膜、○は比較のための同じ
組成の焼結膜を示す。
【００２３】熱処理温度を１２００℃とすることでほぼ
バルク材に匹敵するイオン伝導度が得られた。図３は熱
処理後のゾルゲル膜のＸ線解析パターンを示すものであ
る。Ｘ線回折法により熱処理後のゾルゲル薄膜の結晶構
造を評価したところ、図３に示すように立方晶に安定化
されており、１２００℃の比較的低い温度でもＡｌ2Ｏ3
が充分固溶していることがわかった。なお、図中、指数
付けしていないピークはＡｌ2Ｏ3基板のものである。
バルク材に匹敵するイオン伝導度が得られた。図３は熱
処理後のゾルゲル膜のＸ線解析パターンを示すものであ
る。Ｘ線回折法により熱処理後のゾルゲル薄膜の結晶構
造を評価したところ、図３に示すように立方晶に安定化
されており、１２００℃の比較的低い温度でもＡｌ2Ｏ3
が充分固溶していることがわかった。なお、図中、指数
付けしていないピークはＡｌ2Ｏ3基板のものである。
【００２４】次に、以下の要領でこの薄膜を多孔質電極
基板上に製膜し単セルを作製した。まず、粒径が２０μ
φのＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3カソード材を２５ｍｍφの
ペレットに圧縮成形し、１２００℃で焼成した後、粒径
が０．５μφで組成が同じカソード材をＰＶＡ水溶液で
溶き、これを表面に塗布し、１１００℃で焼成し、比較
的緻密な厚み約１００ミクロンの表面層を得た。そして
表面を研磨することで多孔質で且つ表面の平坦性のよい
カソード電極基板１を得た。
基板上に製膜し単セルを作製した。まず、粒径が２０μ
φのＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3カソード材を２５ｍｍφの
ペレットに圧縮成形し、１２００℃で焼成した後、粒径
が０．５μφで組成が同じカソード材をＰＶＡ水溶液で
溶き、これを表面に塗布し、１１００℃で焼成し、比較
的緻密な厚み約１００ミクロンの表面層を得た。そして
表面を研磨することで多孔質で且つ表面の平坦性のよい
カソード電極基板１を得た。
【００２５】この上にスピンコート法及びディッピング
法でゾルゲル液を数回にわたり塗布し、１２００℃で２
時間熱処理し、厚み約５ミクロンの固体電解質層２が得
られた。このプロセスにより再結晶化が進み電解質薄膜
２が多孔質基板（電極基板を兼ねる）１上に形成され
た。
法でゾルゲル液を数回にわたり塗布し、１２００℃で２
時間熱処理し、厚み約５ミクロンの固体電解質層２が得
られた。このプロセスにより再結晶化が進み電解質薄膜
２が多孔質基板（電極基板を兼ねる）１上に形成され
た。
【００２６】最後にＮｉＯ−ＹＳＺ微粉末（Ｎｉ４０ｖ
ｏｌ．％−ＹＳＺ６０ｖｏｌ．％）をＰＶＡ水溶液で溶
き電解質薄膜上に塗布し、１１００℃で１時間焼成して
燃料極３とした。さらに上記燃料極３および空起電極基
板１に白金の集電用メッシュ４を設けた。
ｏｌ．％−ＹＳＺ６０ｖｏｌ．％）をＰＶＡ水溶液で溶
き電解質薄膜上に塗布し、１１００℃で１時間焼成して
燃料極３とした。さらに上記燃料極３および空起電極基
板１に白金の集電用メッシュ４を設けた。
【００２７】この単セルの模式図を図４ａ、図４ｂに示
す。このセルを用い図４ｃに示すような燃料電池を構成
し、８００℃において試験を行った。ここで空気極側に
は酸素を燃料極側には水素を供給した。なお、図中、５
は白金端子、６はガスシールを示す。このときの起電力
を表１に示す。
す。このセルを用い図４ｃに示すような燃料電池を構成
し、８００℃において試験を行った。ここで空気極側に
は酸素を燃料極側には水素を供給した。なお、図中、５
は白金端子、６はガスシールを示す。このときの起電力
を表１に示す。
【００２８】ここで、電解質にＹＳＺを用いた場合も比
較のために示した。いずれの電解質薄膜の場合において
もほぼバルク材を用いた結果とほぼ同様の起電力値が得
られた。これらの値は、ネルンストの式（Ｖ＝ＲＴ／ｎ
Ｆ Ｉｎ（Ｐｏ2 ｃａｔｈｏｄｅ／Ｐｏ2 ａｎｏｄ
ｅ）、Ｔ：絶対温度、Ｒ：ガス定数、ｎ：ファラデー定
数、Ｐｏ2 ｃａｔｈｏｄｅ：空気極の酸素分圧、Ｐｏ2
ａｎｏｄｅ：燃料極の酸素分圧）から決定される理論起
電力値（（１．１５Ｖ ａｔ ８００℃）とほぼ同じ値
であり、ゾルゲル法により、多孔質カソード基板上に形
成された電解質膜は、イオン輸率が１．０で且つガスシ
ール性に優れていることがわかる。
較のために示した。いずれの電解質薄膜の場合において
もほぼバルク材を用いた結果とほぼ同様の起電力値が得
られた。これらの値は、ネルンストの式（Ｖ＝ＲＴ／ｎ
Ｆ Ｉｎ（Ｐｏ2 ｃａｔｈｏｄｅ／Ｐｏ2 ａｎｏｄ
ｅ）、Ｔ：絶対温度、Ｒ：ガス定数、ｎ：ファラデー定
数、Ｐｏ2 ｃａｔｈｏｄｅ：空気極の酸素分圧、Ｐｏ2
ａｎｏｄｅ：燃料極の酸素分圧）から決定される理論起
電力値（（１．１５Ｖ ａｔ ８００℃）とほぼ同じ値
であり、ゾルゲル法により、多孔質カソード基板上に形
成された電解質膜は、イオン輸率が１．０で且つガスシ
ール性に優れていることがわかる。
【００２９】
【００３０】
【実施例２】実施例１と同様の組成のゾルゲル液を、厚
み約０．２ｍｍのセリア基板（組成が０．９０ＣｅＯ2
−０．１０Ｇｄ2Ｏ3）上にスプレー法により塗布し、同
様に１２００℃で２時間熱処理を行い、再結晶化させ、
厚み約１ミクロンの電解質薄膜を得た。次に、薄膜を塗
布した面に実施例１と同様の燃料極を同様の方法で設
け、次にその裏面に実施例１と同じ組成で平均粒径が
１．０ミクロンの空気極を１１００℃で焼き付け単セル
とした。このセルを実施例１と同様の構成で燃料電池と
し、８００℃においてその起電力を測定した。この結果
を表１に示す。ここで薄膜電解質を設けないセリア基板
のみのセルについても測定を行った。セリア基板は高い
イオン伝導性を有しているがイオン輸率が１．０でない
ため理論起電力が得られない。これに対し、ゾルゲル法
により設けたＺｒＯ2系の電解質薄膜を持つセルはほぼ
理論起電力に達している。これは、イオン輸率が１．０
である本発明の電解質薄膜が固体電解質として機能して
いることを示している。
み約０．２ｍｍのセリア基板（組成が０．９０ＣｅＯ2
−０．１０Ｇｄ2Ｏ3）上にスプレー法により塗布し、同
様に１２００℃で２時間熱処理を行い、再結晶化させ、
厚み約１ミクロンの電解質薄膜を得た。次に、薄膜を塗
布した面に実施例１と同様の燃料極を同様の方法で設
け、次にその裏面に実施例１と同じ組成で平均粒径が
１．０ミクロンの空気極を１１００℃で焼き付け単セル
とした。このセルを実施例１と同様の構成で燃料電池と
し、８００℃においてその起電力を測定した。この結果
を表１に示す。ここで薄膜電解質を設けないセリア基板
のみのセルについても測定を行った。セリア基板は高い
イオン伝導性を有しているがイオン輸率が１．０でない
ため理論起電力が得られない。これに対し、ゾルゲル法
により設けたＺｒＯ2系の電解質薄膜を持つセルはほぼ
理論起電力に達している。これは、イオン輸率が１．０
である本発明の電解質薄膜が固体電解質として機能して
いることを示している。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜製造
法はイオン伝導性に優れたＡｌ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3添加Ｚｒ
Ｏ2電解質を低温、かつ簡便に薄膜化できるという利点
がある。
法はイオン伝導性に優れたＡｌ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3添加Ｚｒ
Ｏ2電解質を低温、かつ簡便に薄膜化できるという利点
がある。
【図１ａ】本発明によるゾルゲル法の薄膜形成剤調整の
プロセス図。
プロセス図。
【図１ｂ】本発明による前記薄膜形成剤を使用した薄膜
形成のプロセス図。
形成のプロセス図。
【図２】ゾルゲル膜のイオン伝導度の温度依存性を示す
図。
図。
【図３】ゾルゲル膜のＸ線回折パターンを示す図。
【図４ａ】実施例１で使用した単セルの模式図。
【図４ｂ】実施例１で使用した単セルの模式図。
【図４ｃ】実施例１で使用した燃料電池の構造図。
１ 空気極基板 ２ 固体電解質 ３ 燃料極 ４ 集電体メッシュ ５ 白金端子 ６ ガスシール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山木 準一 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 平井 敏郎 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 米沢 政 東京都千代田区大手町一丁目６番１号 三 菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 遠藤 恵子 東京都千代田区大手町一丁目６番１号 三 菱マテリアル株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】Ｓｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2を含む
ゾルゲル液を薄膜形成材とすることを特徴とする、ゾル
ゲル法によるＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2系固体電
解質膜の作製法。 - 【請求項２】前記ゾルゲル液のＺｒＯ2、Ｓｃ2Ｏ3、Ａ
ｌ2Ｏ3をそれぞれ、１−ｘ−ｙ：ｘ：ｙ（ただし、０．
０７０＜ｘ＋ｙ＜０．１６０、０．００５＜ｙ＜０．０
５０）の比で含むことを特徴とするゾルゲル法による請
求項１記載のＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2系固体電
解質膜の作製法。 - 【請求項３】熱処理により再結晶化して電解質薄膜を形
成するプロセスを含むことを特徴とする、請求項１また
は２のゾルゲル法によるＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ
2系固体電解質膜の作製法。 - 【請求項４】前記熱処理の温度を１１００〜１３００度
とすることを特徴とする、請求項１〜３記載のいずれか
のゾルゲル法によるＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2系
固体電解質膜の作製法。 - 【請求項５】イオン導電体または混合導電体または多孔
質の電子伝導体を基板として用いることを特徴とする請
求項１〜４記載のいずれかのゾルゲル法によるＳｃ
2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2系固体電解質膜の作製法。 - 【請求項６】塗布方法としてスピンコート法、スクリー
ンプリント法、スプレー法またはディッピング法を用い
ることを特徴とする請求項１〜５記載のいずれかのゾル
ゲル法によるＳｃ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3添加ＺｒＯ2系固体電
解質膜の作製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8271657A JPH1097860A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | ゾルゲル法によるＳｃ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３添加ＺｒＯ２系固体電解質膜の作製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8271657A JPH1097860A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | ゾルゲル法によるＳｃ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３添加ＺｒＯ２系固体電解質膜の作製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1097860A true JPH1097860A (ja) | 1998-04-14 |
Family
ID=17503091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8271657A Pending JPH1097860A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | ゾルゲル法によるＳｃ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３添加ＺｒＯ２系固体電解質膜の作製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1097860A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006054170A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-02-23 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | プロトン導電性酸化物膜−水素透過膜複合膜型電解質およびこれを用いた電気化学デバイス |
| US7438837B2 (en) | 2003-03-20 | 2008-10-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Method of producing solid electrolyte and solid electrolyte |
| JP2008288173A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Nihon Ceratec Co Ltd | 固体電解質膜およびその製造方法 |
| JP2015153547A (ja) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | 国立大学法人京都大学 | 固体電解質複合体、電解質−電極複合体、燃料電池及び固体電解質複合体の製造方法 |
| US9577285B2 (en) | 2010-10-15 | 2017-02-21 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Solid electrolyte, method for preparing same, and rechargeable lithium battery comprising solid electrolyte and solid electrolyte particles |
| CN112234237A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-15 | 合肥市盛文信息技术有限公司 | 固体氧化物燃料电池电解质薄膜的制备方法 |
-
1996
- 1996-09-20 JP JP8271657A patent/JPH1097860A/ja active Pending
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| JP2015153547A (ja) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | 国立大学法人京都大学 | 固体電解質複合体、電解質−電極複合体、燃料電池及び固体電解質複合体の製造方法 |
| CN112234237A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-15 | 合肥市盛文信息技术有限公司 | 固体氧化物燃料电池电解质薄膜的制备方法 |
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