JPH11273451A - Oxide ion conductor, its manufacture and solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Oxide ion conductor, its manufacture and solid electrolyte fuel cell

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JPH11273451A
JPH11273451A JP10092570A JP9257098A JPH11273451A JP H11273451 A JPH11273451 A JP H11273451A JP 10092570 A JP10092570 A JP 10092570A JP 9257098 A JP9257098 A JP 9257098A JP H11273451 A JPH11273451 A JP H11273451A
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fuel cell
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亨 稲垣
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洋之 吉田
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和宏 三浦
Junichi Fujita
淳一 藤田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture an oxide having high oxide ion conductivity at a relatively low temperature and to provide a fuel cell operating effectively at a low temperature with the oxide used as an electrolyte by using a ceria oxide with a specific composition. SOLUTION: Mixed powder of CeO2 , Ln2 O3 and Ca2 O3 is sintered at 1400-1600 deg.C to obtain the oxide expressed by the formula, where Ln is one or two or more kinds of elements selected from trivalent rare earth elements other than Ce. The oxide substituted with part of Ce by the trivalent rare earth elements Ln other than Ce has oxide ion conductivity by the action of the oxygen deficiency occurring in the ceria crystal structure. When the value of (x) is set to 0<x<=0.4 and the value of (y) is set to 0<y<0.05, the conductivity is increased and the conductivity of 0.075 S/cm at 800 deg.C can be obtained. When this oxide is used as the electrolyte material of a fuel cell, the fuel cell can be operated at 900 deg.C or below.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な酸化物及び
その製造方法に関し、特に、酸化物イオン導電体として
有用な新規なセリア系酸化物及びその製造方法に関す
る。
The present invention relates to a novel oxide and a method for producing the same, and more particularly to a novel ceria-based oxide useful as an oxide ion conductor and a method for producing the same.

【0002】本発明は、酸化物イオン導電体及び固体電
解質型燃料電池に関し、詳しくは、固体電解質型燃料電
池、酸素センサー、酸素ポンプ等のための電解質材料と
して有用な酸化物イオン導電体及び該酸化物イオン導電
体を電解質とする固体電解質型燃料電池に関する。
The present invention relates to an oxide ion conductor and a solid oxide fuel cell, and more particularly to an oxide ion conductor useful as an electrolyte material for a solid oxide fuel cell, an oxygen sensor, an oxygen pump, and the like. The present invention relates to a solid oxide fuel cell using an oxide ion conductor as an electrolyte.

【0003】[0003]

【従来の技術】Ce及びCe以外の3価の稀土類元素
(例えば、Sm)を構成元素(カチオン)とするセリア
系複合酸化物は、その優れた酸化物イオン導電特性のた
めに、固体電解質型燃料電池、酸素センサー、酸素ポン
プ用等の電解質材料として、近年注目を集めている。特
に、固体電解質型燃料電池を実用化するための重要な課
題のひとつである電池の作動温度の低温化に対して、セ
リア系複合酸化物が有する優れた導電特性が有効である
と期待されている。
2. Description of the Related Art A ceria-based composite oxide containing Ce and a trivalent rare earth element other than Ce (for example, Sm) as a constituent element (cation) is known as a solid electrolyte because of its excellent oxide ion conductivity. In recent years, it has attracted attention as an electrolyte material for a fuel cell, an oxygen sensor, an oxygen pump, and the like. In particular, it is expected that the excellent conductive properties of ceria-based composite oxides will be effective in lowering the operating temperature of cells, which is one of the important issues for the practical use of solid oxide fuel cells. I have.

【0004】しかし、従来のセリア系複合酸化物は一般
に焼結性が低く、これを固相反応で製造する場合には、
原料を1600℃付近という高い温度で焼成する必要があ
り、焼成温度が高いことによって、焼成に要するコスト
の高騰、固相反応時における副反応の進行による焼結体
純度の低下等の問題が生じ、セリア系複合酸化物の実用
化に対する大きな障害となっていた。
However, conventional ceria-based composite oxides generally have low sinterability, and when they are produced by a solid-phase reaction,
The raw material must be fired at a high temperature of around 1600 ° C, and the high firing temperature causes problems such as an increase in the cost required for firing and a decrease in the purity of the sintered body due to the progress of side reactions during the solid phase reaction. This has been a major obstacle to the practical use of ceria-based composite oxides.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来のセリア系複合酸化物の製造時における欠点を克服
し、その酸化物イオン導電体としての特性を低下させる
ことなく、より穏和な条件下で製造することができる新
規なセリア系酸化物を提供することを目的とする。本発
明は、酸化物イオン導電体として有用な新規なセリア系
酸化物を温和な条件下で製造する方法を提供することを
目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention overcomes such disadvantages in the production of the conventional ceria-based composite oxide, and provides a milder oxide ion conductor without deteriorating its properties as an ion conductor. An object of the present invention is to provide a novel ceria-based oxide that can be produced under conditions. An object of the present invention is to provide a method for producing a novel ceria-based oxide useful as an oxide ion conductor under mild conditions.

【0006】本発明は、比較的低温度(例えば900℃以
下、好ましくは850℃以下、より好ましくは800℃以下)
でも高い酸化物イオン導電性を示す酸化物イオン導電体
を提供することを目的とする。本発明は、比較的低温度
(例えば900℃以下、好ましくは850℃以下、より好まし
くは800℃以下)でも有効に作動させることができる固
体電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
[0006] The present invention can be used at a relatively low temperature (for example, below 900 ° C, preferably below 850 ° C, more preferably below 800 ° C).
However, an object of the present invention is to provide an oxide ion conductor exhibiting high oxide ion conductivity. An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell that can be operated effectively even at a relatively low temperature (for example, 900 ° C. or lower, preferably 850 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or lower).

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来のセリ
ア系複合酸化物と同等以上の酸化物イオン導電特性を有
し、酸化物イオン導電体として有用な酸化物を、より穏
和な条件下で製造する方法を開発するために鋭意検討を
重ねた結果、Ce及びCe以外の3価の稀土類元素を構
成元素(カチオン)とするセリア系酸化物に、更に構成
元素(カチオン)として、特定量のGaを添加すること
により、より穏和な条件下で製造することができ、しか
も、得られる酸化物が酸化物イオン導電体として良好な
特性を有することを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
Means for Solving the Problems The present inventors have developed an oxide having an oxide ion conductive property equal to or higher than that of a conventional ceria-based composite oxide and useful as an oxide ion conductor under milder conditions. As a result of intensive studies to develop a manufacturing method under the following conditions, a ceria-based oxide containing Ce and a trivalent rare earth element other than Ce as a constituent element (cation), and further as a constituent element (cation), By adding a specific amount of Ga, it can be manufactured under milder conditions, and furthermore, it has been found that the obtained oxide has good characteristics as an oxide ion conductor, and the present invention has been completed. Reached.

【0008】すなわち、本発明は、一般式(1):(C
eO2)1-x(LnO1.5)x-y(GaO1.5)yで表される酸化
物に係る。LnはCe以外の3価の稀土類元素(好まし
くはY、La、Pr、Nd、Sm及びGdからなる群)
から選択される1種又は2種以上である。xは0<x≦
0.4を満足する値である。yは0<y<0.05を満足する
値である。
That is, the present invention provides a compound represented by the general formula (1): (C
eO 2) according to the 1-x (LnO 1.5) xy (GaO 1.5) oxide represented by y. Ln is a trivalent rare earth element other than Ce (preferably a group consisting of Y, La, Pr, Nd, Sm and Gd)
One or two or more selected from x is 0 <x ≦
This value satisfies 0.4. y is a value satisfying 0 <y <0.05.

【0009】本発明は、CeO2、Ln23及びGa2
3の混合粉末を1400〜1600℃で焼結させて前記いずれか
の酸化物を得ることを特徴とするセリア系酸化物の製造
方法に係る。本発明は、CeO2、Ln23及びGa2
3の混合粉末を1000〜1300℃でか焼した後に粉砕して得
られる粉末を1400〜1600℃で焼結させて前記いずれかの
酸化物を得ることを特徴とするセリア系酸化物の製造方
法に係る。
The present invention relates to CeO 2 , Ln 2 O 3 and Ga 2 O.
3. A method for producing a ceria-based oxide, characterized in that the mixed powder of ( 3) is sintered at 1400 to 1600 ° C. to obtain any one of the oxides. The present invention relates to CeO 2 , Ln 2 O 3 and Ga 2 O.
A method for producing a ceria-based oxide, characterized in that the powder obtained by calcining the mixed powder of ( 3 ) at 1000 to 1300 ° C and then pulverizing the mixture is sintered at 1400 to 1600 ° C to obtain any one of the oxides. According to.

【0010】本発明は、前記いずれかの酸化物からなる
酸化物イオン導電体にある。本発明は、前記の酸化物イ
オン導電体を電解質とする固体電解質型燃料電池に係
る。
[0010] The present invention resides in an oxide ion conductor comprising any one of the above oxides. The present invention relates to a solid oxide fuel cell using the oxide ion conductor as an electrolyte.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の酸化物(酸化物イオン導
電体) Ce及びCe以外の3価の稀土類元素(Ln)を構成元
素(カチオン)とする複合酸化物、即ち、セリア中のC
eの一部をCe以外の3価の稀土類元素(Ln)で置換
した酸化物は、セリアの結晶構造に酸素欠陥が生じた結
晶構造に相当する蛍石型の結晶構造を有し、この酸素欠
陥の作用により、酸化物イオン導電性を示すものと考え
られている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The oxide of the present invention (oxide ion conductor)
Electric complex) Complex oxide containing Ce and trivalent rare earth element (Ln) other than Ce as a constituent element (cation), that is, C in ceria
An oxide in which a part of e is substituted with a trivalent rare earth element (Ln) other than Ce has a fluorite-type crystal structure corresponding to a crystal structure in which an oxygen defect has occurred in the ceria crystal structure. It is thought that the oxide ion conductivity is exhibited by the action of oxygen vacancies.

【0012】Ce以外の3価の稀土類元素(Ln)とし
ては、例えば、Sc、Y、La、ランタニド元素(P
r、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、E
r、Tm、Yb、Lu等)及びAc等からなる群から選
択される1種又は2種以上の3価の稀土類元素がある。
好ましい実施の形態では、Ce以外の3価の稀土類元素
(Ln)として、Y、La、Pr、Nd、Sm及びGd
からなる群から選択される1種又は2種以上を使用す
る。
As trivalent rare earth elements (Ln) other than Ce, for example, Sc, Y, La, lanthanide elements (P
r, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, E
r, Tm, Yb, Lu, etc.) and one or more trivalent rare earth elements selected from the group consisting of Ac and the like.
In a preferred embodiment, the trivalent rare earth elements (Ln) other than Ce include Y, La, Pr, Nd, Sm and Gd.
One or more selected from the group consisting of

【0013】セリアに対するCe以外の3価の稀土類元
素(Ln)によるCeの置換率に相当する一般式(1)
中のxの値の上限は0.4以下、好ましくは0.3以下、より
好ましくは0.299以下、更に好ましくは0.29以下、より
更に好ましくは0.27以下、特に好ましくは0.25以下、更
に特に好ましくは0.23以下とする。xの値の下限は0を
超える値、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.01
以上、更に好ましくは0.05以上、特に好ましくは0.1以
上、更に特に好ましくは0.15以上とする。xの値が0.4
を超えると、導電率が急激に低下する傾向がある。
A general formula (1) corresponding to the substitution ratio of Ce to a trivalent rare earth element (Ln) other than Ce for ceria
The upper limit of the value of x is 0.4 or less, preferably 0.3 or less, more preferably 0.299 or less, further preferably 0.29 or less, further preferably 0.27 or less, particularly preferably 0.25 or less, and still more preferably 0.23 or less. The lower limit of the value of x is a value exceeding 0, preferably 0.001 or more, more preferably 0.01
Above, more preferably 0.05 or more, particularly preferably 0.1 or more, and still more preferably 0.15 or more. The value of x is 0.4
If it exceeds, the conductivity tends to rapidly decrease.

【0014】Ce、Ce以外の3価の稀土類元素(L
n)及びGaを構成元素(カチオン)とする複合酸化物
である本発明の酸化物は、例えば、原料混合粉末から固
相反応によって製造する際に固相反応と同時に進行する
焼結反応によって緻密なセリア系複合酸化物が形成され
る際に、Gaが粒成長速度を高める作用をすると考えら
れる。
Ce, a trivalent rare earth element other than Ce (L
The oxide of the present invention, which is a composite oxide containing n) and Ga as constituent elements (cations), is produced by, for example, a sintering reaction that proceeds simultaneously with a solid phase reaction when the raw material mixed powder is produced by a solid phase reaction. It is considered that Ga acts to increase the grain growth rate when a suitable ceria-based composite oxide is formed.

【0015】セリアに対するGaによるCeの置換率に
相当する一般式(1)中のyの値の上限は0.05未満、好
ましくは0.049以下、より好ましくは0.04以下、更に好
ましくは0.03以下、特に好ましくは0.02以下とする。y
の値の下限は0を超える値、好ましくは0.001以上、よ
り好ましくは0.004以上、更に好ましくは0.07以上とす
る。yの値が0.05以上であると、製造時にGaとCe以
外の3価の稀土類元素(Ln)との副反応が進行して不
純物(例えばGa5Ln312で表されるガーネット型化
合物)相が生成して結晶構造が蛍石型の単一相となら
ず、結果として粒成長が抑制され、導電率が低下する傾
向がある。
The upper limit of the value of y in the general formula (1) corresponding to the substitution ratio of Ce to Ga for ceria is less than 0.05, preferably 0.049 or less, more preferably 0.04 or less, further preferably 0.03 or less, particularly preferably 0.03 or less. 0.02 or less. y
Is a value exceeding 0, preferably 0.001 or more, more preferably 0.004 or more, and still more preferably 0.07 or more. When the value of y is 0.05 or more, a side reaction between Ga and a trivalent rare earth element (Ln) other than Ce proceeds at the time of production, and impurities (for example, a garnet-type compound represented by Ga 5 Ln 3 O 12 ) ) A phase is generated and the crystal structure does not become a single fluorite type phase. As a result, grain growth tends to be suppressed and conductivity tends to decrease.

【0016】本発明の酸化物は、酸化物イオン導電体と
して有用である。1000℃における導電率が0.15S/cm以
上、好ましくは0.18S/cm以上、より好ましくは0.2S
/cm以上である本発明の酸化物は、酸化物イオン導電体
として、具体的には、固体電解質型燃料電池の電解質材
料として特に有用である。
The oxide of the present invention is useful as an oxide ion conductor. Conductivity at 1000 ° C. is 0.15 S / cm or more, preferably 0.18 S / cm or more, more preferably 0.2 S / cm or more.
/ Cm or more of the present invention is particularly useful as an oxide ion conductor, specifically as an electrolyte material for a solid oxide fuel cell.

【0017】800℃における導電率が0.075S/cm以上、
好ましくは0.08S/cm以上、より好ましくは0.085S/c
m以上、更に好ましくは0.09S/cm以上である本発明の
酸化物は、酸化物イオン導電体として、具体的には、比
較的低温度(例えば900℃以下、好ましくは850℃以下、
より好ましくは800℃以下)で作動させる固体電解質型
燃料電池の電解質材料として特に有用である。
An electric conductivity at 800 ° C. of 0.075 S / cm or more;
Preferably 0.08 S / cm or more, more preferably 0.085 S / c
m or more, more preferably 0.09 S / cm or more of the oxide of the present invention, as an oxide ion conductor, specifically, a relatively low temperature (eg 900 ° C. or less, preferably 850 ° C. or less,
It is particularly useful as an electrolyte material for a solid oxide fuel cell operated at 800 ° C. or lower.

【0018】アルキメデス法による絶対密度(25℃)が
6.6以上、好ましくは6.7以上、より好ましくは6.8以上
であり、7以下、好ましくは6.99以下、より好ましくは
6.98以下である本発明の酸化物は、導電率が高い傾向が
あり、酸化物イオン導電体として特に有用である。
The absolute density (25 ° C.) by the Archimedes method is
6.6 or more, preferably 6.7 or more, more preferably 6.8 or more, 7 or less, preferably 6.99 or less, more preferably
The oxide of the present invention of 6.98 or less tends to have high conductivity, and is particularly useful as an oxide ion conductor.

【0019】相対密度が97%以上である本発明の酸化物
は、緻密性が高く、酸素ガスの透過率が低いため、例え
ば、固体電解質型燃料電池の電解質材料として特に有用
である。ここで、相対密度は、アルキメデス法による絶
対密度(25℃)を、格子定数より算出した理論密度で割
った相対値である。
The oxide of the present invention having a relative density of 97% or more has high density and low oxygen gas permeability, and is therefore particularly useful, for example, as an electrolyte material for a solid oxide fuel cell. Here, the relative density is a relative value obtained by dividing the absolute density (25 ° C.) by the Archimedes method by the theoretical density calculated from the lattice constant.

【0020】気孔率が10%以下、好ましくは8%以下、
より好ましくは6%以下、更に好ましくは5.5以下(通
常は0.5%以上、更には1%以上、特には1.5%以上)で
ある本発明の酸化物は、緻密性が高く、酸素ガスの透過
率が低いため、例えば、固体電解質型燃料電池の電解質
材料として特に有用である。
A porosity of 10% or less, preferably 8% or less;
The oxide of the present invention, more preferably 6% or less, still more preferably 5.5 or less (usually 0.5% or more, further 1% or more, particularly 1.5% or more) has high denseness and oxygen gas permeability. Therefore, it is particularly useful, for example, as an electrolyte material for a solid oxide fuel cell.

【0021】ここで、気孔率は、本発明の酸化物の鏡面
研磨済み表面に熱エッチングを施した後に導電性物質
(例えばPt−Pd)の薄膜をコーティングした試料を
用いて得た電子顕微鏡写真を3枚用意して、その上に格
子を描き(通常の格子点数:写真1枚につき357点)、
格子点と気孔の交点を計数して全体の格子点数で割るこ
とにより求めることができる。
Here, the porosity is determined by an electron micrograph obtained by using a sample obtained by subjecting a mirror-polished surface of the oxide of the present invention to thermal etching and then coating a thin film of a conductive substance (for example, Pt-Pd). And prepare a grid on it (normal grid points: 357 points per photo)
It can be obtained by counting the intersections between the lattice points and the pores and dividing by the total number of lattice points.

【0022】酸化物の緻密性の良否は、例えば、酸化物
を電解質材料として固体電解質型燃料電池を組み立て
て、開回路電圧を測定することにより、判定することが
できる。例えば、電解質材料として使用した酸化物の緻
密性が十分でないと、電解質中で酸素と水素とが短絡し
てしまうので、理論起電力がでない。
The density of the oxide can be determined by, for example, assembling a solid oxide fuel cell using the oxide as an electrolyte material and measuring the open circuit voltage. For example, if the density of the oxide used as the electrolyte material is not sufficient, oxygen and hydrogen are short-circuited in the electrolyte, so that the theoretical electromotive force is not obtained.

【0023】平均粒径が2μm以上、好ましくは4μm
以上、より好ましくは6μm以上、更に好ましくは8μ
m以上(通常は30μm以下、更には25μm以下、特には
20μm以下)である本発明の酸化物は、酸化物イオン導
電体として特に有用である。
The average particle size is 2 μm or more, preferably 4 μm
Or more, more preferably 6 μm or more, still more preferably 8 μm
m or more (usually 30 μm or less, further 25 μm or less, especially
The oxide of the present invention having a particle size of 20 μm or less is particularly useful as an oxide ion conductor.

【0024】ここで平均粒径は、本発明の酸化物の鏡面
研磨済み表面に熱エッチングを施した後に導電性物質
(例えばPt−Pd)の薄膜をコーティングした試料を
用いて得た電子顕微鏡写真を3枚用意して、その上に任
意の位置、方向に長さ70μm程度の直線を写真1枚につ
き最低10本引き、直線が粒を横断する長さを1個ずつ測
定し、すべての値を1.5倍して平均化することにより、
求めることができる。
Here, the average particle size is defined as an electron micrograph obtained by using a sample obtained by coating a thin film of a conductive substance (for example, Pt-Pd) after subjecting a mirror-polished surface of the oxide of the present invention to thermal etching. Prepare three sheets, and draw at least 10 straight lines with a length of about 70 μm at any position and in any direction on each photo. Measure the length of each straight line traversing the grain one by one. By averaging 1.5 times
You can ask.

【0025】本発明の酸化物の絶対密度、相対密度、気
孔率、平均粒径等は、例えば、Ce以外の3価の希土類
元素(Ln)の種類に応じ、一般式(1)中のx及びy
の値を調節することにより、また、製造条件(例えば、
固相反応法によって製造する場合には、焼成温度等)を
調節することにより、制御することができる。
The absolute density, relative density, porosity, average particle size and the like of the oxide of the present invention are determined by, for example, x in the general formula (1) according to the type of the trivalent rare earth element (Ln) other than Ce. And y
By adjusting the value of, the production conditions (eg,
In the case of manufacturing by a solid-phase reaction method, it can be controlled by adjusting the firing temperature or the like.

【0026】本発明の酸化物の製造方法 (1)固相反応法 本発明の酸化物は、固相反応法に基づいて製造すること
ができる。例えば、各構成カチオンの酸化物(Ce
2、Ln23、Ga23等)又は焼成によりこれらの
酸化物を形成しうる酸化物(例えば炭酸塩等)を一般式
(1)を満足する組成となるように所定のモル比で混合
した原料混合物を所定温度で所定時間焼成することによ
り、本発明の酸化物を製造することができる。
Method for Producing Oxide of the Present Invention (1) Solid State Reaction Method The oxide of the present invention can be produced based on the solid state reaction method. For example, an oxide of each constituent cation (Ce)
O 2 , Ln 2 O 3 , Ga 2 O 3, etc.) or an oxide capable of forming these oxides by firing (for example, carbonate, etc.) in a predetermined molar ratio so as to have a composition satisfying the general formula (1). The oxide of the present invention can be produced by calcining the raw material mixture mixed at a predetermined ratio at a predetermined temperature for a predetermined time.

【0027】混合原料を焼成する前に焼成温度よりも低
い温度で所定時間か焼することにより、より均一な組成
の酸化物を容易に製造することができる。原料混合物
は、粉末を所定温度で所定時間加圧成形した後にか焼又
は焼成することができる。原料混合物をか焼する場合に
は、か焼した原料混合物を粉砕して所定温度で所定時間
加圧成形した後に焼成することができる。
By calcining the mixed raw material at a temperature lower than the firing temperature for a predetermined time before firing, an oxide having a more uniform composition can be easily produced. The raw material mixture can be calcined or fired after the powder is pressed at a predetermined temperature for a predetermined time. When calcining the raw material mixture, the calcined raw material mixture can be pulverized, pressed at a predetermined temperature for a predetermined time, and then fired.

【0028】焼成温度は、例えば1300℃以上、好ましく
は1400℃以上とし、通常は完全には融解しない温度以
下、具体的には1600℃以下、好ましくは1500℃以下とす
ることができる。焼成時間は、例えば5時間以上、好ま
しくは10時間以上、より好ましくは15時間以上とするこ
とができ、通常は30時間以下、好ましくは24時間以下と
することができる。
The sintering temperature is, for example, 1300 ° C. or higher, preferably 1400 ° C. or higher, and is usually lower than the temperature at which melting is not completely completed, specifically 1600 ° C. or lower, preferably 1500 ° C. or lower. The firing time can be, for example, 5 hours or more, preferably 10 hours or more, more preferably 15 hours or more, and usually 30 hours or less, preferably 24 hours or less.

【0029】焼成温度が低いと(例えば1400℃より低い
と、特に1300℃より低いと)焼結が進みにくくなり、緻
密化が不十分となって、焼結体に気孔が取り残されやす
くなる傾向があり、焼結体に気孔が取り残されると、取
り残された気孔が結晶粒子の粒界における抵抗を高め、
結果として焼結体の導電率を低下させるので好ましくな
い。
If the firing temperature is low (for example, lower than 1400 ° C., particularly lower than 1300 ° C.), sintering becomes difficult to proceed, densification becomes insufficient, and pores tend to remain in the sintered body. When pores are left in the sintered body, the remaining pores increase the resistance at the grain boundaries of the crystal grains,
As a result, the conductivity of the sintered body is lowered, which is not preferable.

【0030】逆に焼成温度が高いと(例えば1500℃より
高いと、特に1600℃より高いと)激しい粒成長が生じや
すく、粒界に気孔が多量に残されやすくなる傾向があ
り、気孔が多量に残されると、焼結体の密度が低下し、
結果として焼結体の導電率が低下するので好ましくな
い。
Conversely, if the firing temperature is high (for example, higher than 1500 ° C., especially higher than 1600 ° C.), intense grain growth tends to occur, and a large amount of pores tends to be left at the grain boundary. , The density of the sintered body decreases,
As a result, the conductivity of the sintered body decreases, which is not preferable.

【0031】か焼温度は、例えば900℃以上、好ましく
は1000℃以上とすることができ、通常は1400℃以下、好
ましくは1300℃とすることができる。か焼時間は、例え
ば12時間以上、好ましくは18時間以上とすることがで
き、通常は48時間以下、好ましくは36時間以下とし、具
体的には24時間程度とすることができる。
The calcination temperature can be, for example, 900 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. or higher, and is usually 1400 ° C. or lower, preferably 1300 ° C. The calcination time can be, for example, at least 12 hours, preferably at least 18 hours, usually at most 48 hours, preferably at most 36 hours, specifically about 24 hours.

【0032】か焼温度が低いと(例えば1000℃より低い
と、特に900℃より低いと)固相反応が進行しにくくな
る傾向があり、高いと(例えば1400℃より高いと、特に
1300℃より高いと)焼結が進みすぎて気孔が多く形成さ
れる傾向があり、気孔が多く形成されると、結果として
焼結体の導電率の低下を招きやすくなるので好ましくな
い。
If the calcination temperature is low (for example, lower than 1000 ° C., especially lower than 900 ° C.), the solid phase reaction tends to be difficult to proceed, and if it is higher (for example, higher than 1400 ° C., particularly
If the temperature is higher than 1300 ° C.), sintering tends to proceed too much and many pores tend to be formed. If many pores are formed, the conductivity of the sintered body tends to be lowered as a result, which is not preferable.

【0033】原料混合物又はか焼し粉砕した原料混合物
の加圧成形方法は、特に限定することなく公知の方法を
使用することが可能であり、例えば、金型プレスにより
500〜1500Kgf/cm2の圧力で成形することができ、ま
た、必要に応じて更に等方静水圧プレスにより2000〜30
00Kgf/cm2程度の圧力で成形することができる。
The method of pressure-forming the raw material mixture or the calcined and pulverized raw material mixture is not particularly limited, and a known method can be used.
It can be molded at a pressure of 500 to 1500 kgf / cm 2 , and if necessary, can be further molded by an isotropic hydrostatic press to 2000 to 30 kgf / cm 2.
It can be formed at a pressure of about 00 kgf / cm 2 .

【0034】(2)薄膜形成法 本発明の酸化物は、気相から金属酸化物薄膜を析出させ
るための公知の方法により、薄膜として製造することが
できる。本発明の酸化物の薄膜は、例えば、真空蒸着
法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のPVD
法、熱CVD法、プラズマCVD法、レーザCVD法等
のCVD法、溶射法等の薄膜形成法により、製造するこ
とができる。
(2) Thin Film Formation Method The oxide of the present invention can be produced as a thin film by a known method for depositing a metal oxide thin film from a gas phase. The oxide thin film of the present invention can be formed, for example, by a PVD method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, and an ion plating method.
It can be manufactured by a CVD method such as a thermal CVD method, a plasma CVD method, or a laser CVD method, or a thin film forming method such as a thermal spraying method.

【0035】固体電解質型燃料電池 本発明の酸化物からなる酸化物イオン導電体を固体電解
質型燃料電池の電解質として使用することにより、比較
的低い温度範囲においても動作させることができる固体
電解質型燃料電池を提供することができる。
Solid Electrolyte Fuel Cell A solid electrolyte fuel which can be operated even at a relatively low temperature range by using the oxide ion conductor comprising the oxide of the present invention as an electrolyte of a solid electrolyte fuel cell. A battery can be provided.

【0036】固体電解質型燃料電池は、電解質及び電解
質に接触するように設置される電極(アノード及びカソ
ード)を主要構成要素とし、電解質のアノード側に燃料
(例えば、水素、天然ガス、メタノール、石炭ガス)を
供給し、カソード側に空気(酸素)を供給することによ
り、カソード側に供給された酸素がカソードから電子を
受け取って酸化物イオンとなり、この酸化物イオンが電
解質中を拡散し、アノード側に達し、アノード側に供給
された燃料と反応する。このとき酸化物イオンから電子
が離れて外部回路の負荷を通り、カソードに達する。
A solid oxide fuel cell comprises an electrolyte and electrodes (anode and cathode) provided in contact with the electrolyte as main components, and a fuel (eg, hydrogen, natural gas, methanol, coal, etc.) is provided on the anode side of the electrolyte. Gas) and air (oxygen) to the cathode side, the oxygen supplied to the cathode side receives electrons from the cathode to become oxide ions, which diffuse in the electrolyte and become Side and reacts with the fuel supplied to the anode side. At this time, the electrons leave the oxide ions, pass through the load of the external circuit, and reach the cathode.

【0037】固体電解質型燃料電池としては、例えば、
円筒状の支持管の円筒面上にカソード層、電解質層及び
アノード層を順次形成して積層させた構造を有する円筒
型固体電解質型燃料電池、平板状の電解質層の両面の一
方にアノード層を形成し、他方にカソード層を形成した
構造を有し、セパレータを介して順次積層したスタック
を構成して使用する平板型固体電解質型燃料電池があ
る。本発明の酸化物イオン導電体は、いずれの形式の固
体電解質型燃料電池の電解質としても使用することがで
きる。
As a solid oxide fuel cell, for example,
A cylindrical solid electrolyte fuel cell having a structure in which a cathode layer, an electrolyte layer, and an anode layer are sequentially formed and laminated on a cylindrical surface of a cylindrical support tube, and an anode layer is formed on one of both surfaces of a flat electrolyte layer. There is a flat solid electrolyte fuel cell having a structure in which a cathode layer is formed on the other side and having a structure in which a stack is sequentially stacked via a separator. The oxide ion conductor of the present invention can be used as an electrolyte of any type of solid oxide fuel cell.

【0038】電解質層の厚さは、固体電解質型燃料電池
に要求される特性、電解質層に要求される機械的強度、
電解質として使用する酸化物イオン導電体の導電率等を
考慮して、適宜選定することができ、特に限定はない
が、一般的には1mm以下、好ましくは500μm以下、よ
り好ましくは200μm以下、更に好ましくは100μm以下
とし、通常は5μm以上、好ましくは10μm以上、より
好ましくは30μm以上、更に好ましくは50μm以上とす
ることができる。
The thickness of the electrolyte layer depends on the characteristics required for the solid oxide fuel cell, the mechanical strength required for the electrolyte layer,
In consideration of the conductivity of the oxide ion conductor used as the electrolyte, it can be appropriately selected and is not particularly limited, but is generally 1 mm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 200 μm or less, furthermore It is preferably 100 μm or less, usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 30 μm or more, and still more preferably 50 μm or more.

【0039】本発明の酸化物イオン導電体からなる電解
質層は、例えば、従来のセラミックプロセスであるシー
ト成形焼結法により形成することができ、また、PVD
法、CVD法又は溶射法等の薄膜形成法により、例え
ば、ガス透過性の多孔質基板上に形成することができ
る。本発明の酸化物(酸化物イオン導電体)は比較的低
温度(例えば1600℃以下、特には1500℃以下)での焼結
法によっても製造することができるので、電極材料との
共焼結法等によっても製造することができる。
The electrolyte layer made of the oxide ion conductor of the present invention can be formed by, for example, a sheet forming sintering method which is a conventional ceramic process.
For example, it can be formed on a gas permeable porous substrate by a thin film forming method such as a CVD method, a thermal spraying method or a thermal spraying method. Since the oxide (oxide ion conductor) of the present invention can be produced by a sintering method at a relatively low temperature (for example, 1600 ° C. or less, particularly 1500 ° C. or less), co-sintering with an electrode material is performed. It can also be manufactured by a method or the like.

【0040】アノード及びカソードとしては、例えば、
気孔率30%程度の多孔質体で、それぞれ燃料中、空気中
で安定な電子伝導性材料を使用することができる。電極
として多孔質体を使用することにより、電解質/電極/
気相(燃料、空気)の3相界面で反応を行わせることが
でき、3相界面の面積を大きくすることにより、反応場
を大きくすることができる。
As the anode and the cathode, for example,
An electron conductive material that is a porous material having a porosity of about 30% and is stable in fuel and air can be used. By using a porous body as an electrode, electrolyte / electrode /
The reaction can be performed at the three-phase interface of the gas phase (fuel and air), and the reaction field can be increased by increasing the area of the three-phase interface.

【0041】アノードとしては、例えば、NiとY23
安定化ZrO2との複合材料(Ni−YSZサーメッ
ト)を使用することができる。カソードとしては、例え
ば、(LaSr)MnO3系の材料を使用することがで
きる。
As the anode, for example, Ni and Y 2 O 3
It can be used a composite material with stabilized ZrO 2 (Ni-YSZ cermet). As the cathode, for example, a (LaSr) MnO 3 -based material can be used.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明の酸化物は、セリア系酸化物の固
相反応系に、第3成分カチオンとして3価のガリウム
(Ga3+)からなる酸化物を少量添加することにより、
固相反応によって製造する際に粒成長が著しく促進され
るので、焼成温度を低減させた穏和な条件でも緻密な焼
結体を得ることができる。
The oxide of the present invention is obtained by adding a small amount of an oxide composed of trivalent gallium (Ga 3+ ) as a third component cation to a solid-state reaction system of a ceria-based oxide.
Since the grain growth is remarkably promoted during the production by the solid-phase reaction, a dense sintered body can be obtained even under mild conditions in which the firing temperature is reduced.

【0043】本発明の酸化物は、比較的低温(例えば、
900℃以下、好ましくは850℃以下、より好ましくは800
℃以下)においても、固体電解質型燃料電池の電解質と
して十分に良好なイオン導電特性を有しているので、比
較的低温度(例えば、900℃以下、好ましくは850℃以
下、より好ましくは800℃以下)においても作動させる
ことができる固体電解質型燃料電池の電解質として有用
であり、また、酸素センサー、酸素ポンプとして活用す
ることもであきる。
The oxide of the present invention has a relatively low temperature (for example,
900 ° C or less, preferably 850 ° C or less, more preferably 800
℃ or less), since it has sufficiently good ionic conductivity as an electrolyte of a solid oxide fuel cell, it has a relatively low temperature (for example, 900 ℃ or less, preferably 850 ℃ or less, more preferably 800 ℃ or less The present invention is useful as an electrolyte of a solid oxide fuel cell that can be operated in the following, and can also be used as an oxygen sensor and an oxygen pump.

【0044】[0044]

【実施例】以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0045】実施例1〜5〔Ln:Sm、y:0.002〜
0.01、焼成温度:1400〜1600℃〕 CeO2(信越化学工業株式会社製、純度99.99%)、S
23(信越化学工業株式会社製、純度99.9%)及びG
23(高純度化学研究所製、純度99.99%)の粉末
を、表1の組成になるように秤量して混合した。得られ
た原料混合物をエタノール中ボールミルにより、24時間
混合粉砕した後にエタノールを除去した後に100℃で乾
燥した。
Examples 1 to 5 [Ln: Sm, y: 0.002 to
0.01, firing temperature: 1400-1600 ° C] CeO 2 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.99%), S
m 2 O 3 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.9%) and G
Powder of a 2 O 3 (purity: 99.99%, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory) was weighed and mixed so as to have the composition shown in Table 1. The obtained raw material mixture was mixed and pulverized by a ball mill in ethanol for 24 hours, then ethanol was removed, and then dried at 100 ° C.

【0046】得られた原料混合粉末をるつぼに移し、空
気雰囲気の電気炉中1000℃で18時間か焼した後、粉砕
し、加圧成形(500kgf/cm2)及び等方静水圧プレス(3
000kgf/cm2)によって焼成前成形体を得た。得られた
焼成前成形体を表1に示す焼成温度で24時間焼成するこ
とにより、焼結体(本発明の酸化物)を得た。
The obtained raw material mixed powder was transferred to a crucible, calcined in an electric furnace in an air atmosphere at 1000 ° C. for 18 hours, pulverized, pressed (500 kgf / cm 2 ) and isostatically pressed (3
000 kgf / cm 2 ) to obtain a green body before firing. The obtained green body before firing was fired at the firing temperature shown in Table 1 for 24 hours to obtain a sintered body (the oxide of the present invention).

【0047】得られた焼結体は、粉末X線回折測定によ
って同定した。1500℃で焼成して得られた焼結体(実施
例2、4及び5)について、粉末X線回折測定の結果
(チャート)を図1に示す。
The obtained sintered body was identified by powder X-ray diffraction measurement. FIG. 1 shows the result (chart) of the powder X-ray diffraction measurement of the sintered body (Examples 2, 4, and 5) obtained by firing at 1500 ° C.

【0048】得られた焼結体の表面を鏡面研磨した後に
焼成温度より100℃低い温度で熱エッチングを行った後
にPt−Pdコーティングを施すことによって得られた
試料の走査型電子顕微鏡(SEM)写真より、平均粒径
を測定した。結果を表1に示す。y:0.01の焼結体(実
施例1〜3)について、焼成温度と平均粒径との関係を
図2に示す。1500℃で焼成して得られた焼結体(実施例
2、4及び5)について、yの値と平均粒径との関係を
図3に示す。実施例2で得られた焼結体の走査型電子顕
微鏡(SEM)写真を参考写真に示す。
A scanning electron microscope (SEM) of a sample obtained by subjecting the surface of the obtained sintered body to mirror polishing, performing thermal etching at a temperature lower than the firing temperature by 100 ° C., and then applying Pt—Pd coating. From the photograph, the average particle size was measured. Table 1 shows the results. FIG. 2 shows the relationship between the sintering temperature and the average particle size for the sintered body with y: 0.01 (Examples 1 to 3). FIG. 3 shows the relationship between the value of y and the average particle size of the sintered bodies (Examples 2, 4, and 5) obtained by firing at 1500 ° C. A scanning electron microscope (SEM) photograph of the sintered body obtained in Example 2 is shown in a reference photograph.

【0049】得られた焼結体の密度をアルキメデス法に
より求めた。結果を表1に示す。1500℃で焼成して得ら
れた焼結体(実施例2、4及び5)について、yの値と
密度との関係を図4に示す。
The density of the obtained sintered body was determined by the Archimedes method. Table 1 shows the results. FIG. 4 shows the relationship between the value of y and the density of the sintered body (Examples 2, 4, and 5) obtained by firing at 1500 ° C.

【0050】得られた焼結体を研削し、表面研磨を施す
ことによって得られた3mm×3mm×20mmの直方体試料
に、4本の白金線を巻き付け、白金ペーストを塗布して
固定した後、1000℃において30分間焼き付け処理を施す
ことによって作製した試料を用いて、直流4端子法によ
り空気中800℃において導電率を測定した。結果を表1
に示す。1500℃で焼成して得られた焼結体(実施例2、
4及び5)について、yの値と導電率との関係を図5に
示す。
The obtained sintered body was ground and subjected to surface polishing, and four platinum wires were wound around a 3 mm × 3 mm × 20 mm rectangular parallelepiped sample, and a platinum paste was applied and fixed. The conductivity was measured at 800 ° C. in air by a DC four-terminal method using a sample prepared by baking at 1000 ° C. for 30 minutes. Table 1 shows the results
Shown in A sintered body obtained by firing at 1500 ° C. (Example 2,
4 and 5), the relationship between the value of y and the conductivity is shown in FIG.

【0051】実施例6〔Ln:Gd、y:0.01、焼成温
度:1500℃〕 Sm23粉末に代えてGd23(信越化学工業株式会社
製、純度99.9%)を使用した他は実施例2と同様にし
た。結果を表1に示す。
Example 6 [Ln: Gd, y: 0.01, firing temperature
Degree: 1500 ° C.] The procedure of Example 2 was repeated except that Gd 2 O 3 (purity: 99.9%, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used instead of the Sm 2 O 3 powder. Table 1 shows the results.

【0052】実施例7〔Ln:Y、y:0.01、焼成温
度:1500℃〕 Sm23粉末に代えてY23(日本イットリウム株式会
社製、純度99.9%)粉末を使用した他は実施例2と同様
にした。結果を表1に示す。
Example 7 [Ln: Y, y: 0.01, firing temperature
Degree: 1500 ° C.] The same procedure as in Example 2 was carried out except that Y 2 O 3 (purity: 99.9%, manufactured by Yttrium Japan Ltd.) was used instead of the Sm 2 O 3 powder. Table 1 shows the results.

【0053】比較例1〔Ln:Sm、y:0.05、焼成温
度:1500℃〕 CeO2(信越化学工業株式会社製、純度99.99%)、S
23(信越化学工業株式会社製、純度99.9%)及びG
23(高純度化学研究所製、純度99.99%)の粉末
を、表1の組成になるように秤量して混合した原料混合
物を使用した他は実施例2と同様にした。結果を表1並
びに図1、図3、図4及び図5に示す。図1において、
比較例1の焼結体については、Ga5Sm312に帰属す
ると考えられる回折ピークが表れている。
Comparative Example 1 [Ln: Sm, y: 0.05, firing temperature
Degree: 1500 ° C] CeO 2 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.99%), S
m 2 O 3 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.9%) and G
The procedure was the same as in Example 2 except that a raw material mixture was used in which a 2 O 3 powder (purity: 99.99%, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory) was weighed and mixed to obtain the composition shown in Table 1. The results are shown in Table 1 and FIGS. 1, 3, 4, and 5. In FIG.
For the sintered body of Comparative Example 1, a diffraction peak attributed to Ga 5 Sm 3 O 12 appears.

【0054】比較例2〜4〔Ln:Sm、y:0、焼成
温度:1500〜1700℃〕 CeO2(信越化学工業株式会社製、純度99.99%)及び
Sm23(信越化学工業株式会社製、純度99.9%)の粉
末を、表1の組成になるように秤量して混合した原料混
合物を使用し、焼成温度を1500〜1700℃とした他は、実
施例1〜5と同様にした。結果を表1、図1〜5及び参
考写真に示す。
Comparative Examples 2 to 4 [Ln: Sm, y: 0, firing
Temperature: 1500-1700 ° C.] Powder of CeO 2 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.99%) and Sm 2 O 3 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.9%) were prepared so as to have the composition shown in Table 1. The same procedure as in Examples 1 to 5 was carried out except that the raw material mixture weighed and mixed was used, and the firing temperature was set at 1500 to 1700 ° C. The results are shown in Table 1, FIGS. 1 to 5 and reference photographs.

【0055】比較例5・6〔Ln:Gd、y:0、焼成
温度:1500〜1600℃〕 CeO2(信越化学工業株式会社製、純度99.99%)及び
Gd23(信越化学工業株式会社製、純度99.9%)の粉
末を、表1の組成になるように秤量して混合した原料混
合物を使用し、焼成温度を1500〜1700℃とした他は、実
施例1〜5と同様にした。結果を表1に示す。
Comparative Examples 5.6 [Ln: Gd, y: 0, firing]
Temperature: 1500 to 1600 ° C] CeO 2 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.99%) and Gd 2 O 3 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., purity 99.9%) powders were prepared so as to have the composition shown in Table 1. The same procedure as in Examples 1 to 5 was carried out except that the raw material mixture weighed and mixed was used, and the firing temperature was set at 1500 to 1700 ° C. Table 1 shows the results.

【0056】[0056]

【表1】 酸化物(酸化物イオン導電体)組成 焼成温度 平均粒径 密 度 導電率(800℃) (℃) 実施例1 (CeO2)0.8(SmO1.5)0.19(GaO1.5)0.01 1400 2.81μm 6.86g/cm 3 7.88×10 -2S/cm 実施例2 (CeO2)0.8(SmO1.5)0.19(GaO1.5)0.01 1500 9.62μm 6.93g/cm 3 8.69×10 -2S/cm 実施例3 (CeO2)0.8(SmO1.5)0.19(GaO1.5)0.01 1600 19.77μm 6.66g/cm 3 8.42×10 -2S/cm 実施例4 (CeO2)0.8(SmO1.5)0.198(GaO1.5)0.002 1500 11.46μm 6.96g/cm 3 9.06×10 -2S/cm 実施例5 (CeO2)0.8(SmO1.5)0.195(GaO1.5)0.005 1500 11.39μm 6.99g/cm 3 8.96×10 -2S/cm 実施例6 (CeO2)0.8(GdO1.5)0.19(GaO1.5)0.01 1500 6.61μm 7.06g/cm 3 8.42×10 -2S/cm 実施例7 (CeO2)0.8(YO1.5)0.19(GaO1.5)0.01 1500 5.13μm 6.48g/cm 3 7.12×10 -2S/cm 比較例1 (CeO2)0.8(SmO1.5)0.15(GaO1.5)0.05 1500 7.18μm 7.00g/cm 3 7.46×10 -2S/cm 比較例2 (CeO2)0.8(SmO1.5)0.2 1500 2.86μm 6.84g/cm 3 7.52×10 -2S/cm 比較例3 (CeO2)0.8(SmO1.5)0.2 1600 5.42μm 7.02g/cm 3 8.92×10 -2S/cm 比較例4 (CeO2)0.8(SmO1.5)0.2 1700 11.82μm 6.96g/cm 3 8.41×10 -2S/cm 比較例5 (CeO2)0.8(GdO1.5)0.2 1500 1.79μm 6.79g/cm 3 6.94×10 -2S/cm 比較例6 (CeO2)0.8(GdO1.5)0.2 1600 4.36μm 6.93g/cm 3 8.62×10 -2S/cm TABLE 1 Composition of oxide (oxide ion conductor) Firing temperature average particle size Density Conductivity (800 ° C) (° C) Example 1 (CeO 2 ) 0.8 (SmO 1.5 ) 0.19 (GaO 1.5 ) 0.01 1400 2.81 μm 6.86 g / cm 3 7.88 × 10 -2 S / cm Example 2 (CeO 2 ) 0.8 (SmO 1.5 ) 0.19 (GaO 1.5 ) 0.01 1500 9.62 μm 6.93 g / cm 3 8.69 × 10 -2 S / cm Example 3 (CeO 2 ) 0.8 (SmO 1.5 ) 0.19 (GaO 1.5 ) 0.01 1600 19.77 μm 6.66 g / cm 3 8.42 × 10 -2 S / cm Example 4 (CeO 2 ) 0.8 (SmO 1.5 ) 0.198 (GaO 1.5 ) 0.002 1500 11.46 μm 6.96 g / cm 3 9.06 × 10 -2 S / cm Example 5 (CeO 2 ) 0.8 (SmO 1.5 ) 0.195 (GaO 1.5 ) 0.005 1500 11.39 μm 6.99 g / cm 3 8.96 × 10 -2 S / cm Example 6 (CeO 2 ) 0.8 (GdO 1.5 ) 0.19 (GaO 1.5 ) 0.01 1500 6.61 μm 7.06 g / cm 3 8.42 × 10 -2 S / cm Example 7 (CeO 2 ) 0.8 (YO 1.5 ) 0.19 (GaO 1.5 ) ) 0.01 1500 5.13μm 6.48g / cm 3 7.12 × 10 -2 S / cm Comparative example 1 (CeO 2) 0.8 (SmO 1.5) 0.15 (Ga 1.5) 0.05 1500 7.18μm 7.00g / cm 3 7.46 × 10 -2 S / cm Comparative Example 2 (CeO 2) 0.8 (SmO 1.5) 0.2 1500 2.86μm 6.84g / cm 3 7.52 × 10 -2 S / cm Comparative Example 3 (CeO 2 ) 0.8 (SmO 1.5 ) 0.2 1600 5.42 μm 7.02 g / cm 3 8.92 × 10 -2 S / cm Comparative Example 4 (CeO 2 ) 0.8 (SmO 1.5 ) 0.2 1700 11.82 μm 6.96 g / cm 3 8.41 × 10 -2 S / cm Comparative Example 5 (CeO 2 ) 0.8 (GdO 1.5 ) 0.2 1500 1.79 μm 6.79 g / cm 3 6.94 × 10 -2 S / cm Comparative Example 6 (CeO 2 ) 0.8 (GdO 1.5 ) 0.2 1600 4.36 μm 6.93 g / cm 3 8.62 × 10 -2 S / cm

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

【図1】 実施例2、4及び5並びに比較例1及び2で
製造した酸化物の焼結体の粉末X線回折測定の結果を示
すチャートである。
FIG. 1 is a chart showing the results of powder X-ray diffraction measurement of oxide sintered bodies produced in Examples 2, 4 and 5, and Comparative Examples 1 and 2.

【図2】 実施例1〜3の酸化物:(CeO2)0.8(Sm
1.5)0.19(GaO1.5)0.01及び比較例2〜4の酸化
物:(CeO2)0.8(SmO1.5)0.2についての焼成温度と
焼結体の平均粒径との関係を示すグラフである。
FIG. 2 Oxides of Examples 1 to 3: (CeO 2 ) 0.8 (Sm
O 1.5) 0.19 (GaO 1.5) 0.01 and Comparative Examples 2 to 4 of oxides: (a graph showing the relationship between the average particle diameter of the CeO 2) 0.8 (SmO 1.5) sintering temperature for 0.2 and sintered body.

【図3】 実施例2、4及び5並びに比較例1〜3の酸
化物についてのガリウムの添加モル%(一般式(1)中
のyの値)と平均粒径との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the added mol% of gallium (the value of y in the general formula (1)) and the average particle diameter of the oxides of Examples 2, 4 and 5, and Comparative Examples 1 to 3. is there.

【図4】 実施例2、4及び5並びに比較例1〜3の酸
化物についてのガリウムの添加モル%(一般式(1)中
のyの値)と焼結体の絶対密度及び気孔率との関係を示
すグラフである。
FIG. 4 shows the addition mol% of gallium (the value of y in the general formula (1)), the absolute density and the porosity of the sintered body with respect to the oxides of Examples 2, 4 and 5, and Comparative Examples 1 to 3. 6 is a graph showing the relationship of.

【図5】 実施例2、4及び5並びに比較例1〜3の酸
化物についてのガリウムの添加モル%(一般式(1)中
のyの値)と焼結体の800℃での導電率との関係を示す
グラフである。
FIG. 5 shows the addition percentage of gallium (the value of y in the general formula (1)) of the oxides of Examples 2, 4 and 5, and Comparative Examples 1 to 3, and the conductivity of the sintered body at 800 ° C. 6 is a graph showing a relationship with the graph.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 淳一 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Junichi Fujita 3-3-22 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka City, Osaka Kansai Electric Power Company

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式(1):(CeO2)1-x(Ln
1.5)x-y(GaO1.5)yで表される酸化物〔LnはCe
以外の3価の稀土類元素から選択される1種又は2種以
上の元素であり、0<x≦0.4、0<y<0.05であ
る〕。
1. The general formula (1): (CeO 2 ) 1-x (Ln
Oxide represented by O 1.5 ) xy (GaO 1.5 ) y [Ln is Ce
And at least one element selected from trivalent rare earth elements other than the above, and 0 <x ≦ 0.4 and 0 <y <0.05].
【請求項2】 LnがY、La、Pr、Nd、Sm及び
Gdからなる群から選択される1種又は2種以上の元素
である請求項1に記載の酸化物。
2. The oxide according to claim 1, wherein Ln is one or more elements selected from the group consisting of Y, La, Pr, Nd, Sm and Gd.
【請求項3】 結晶構造が蛍石型である請求項1又は2
に記載の酸化物。
3. The method according to claim 1, wherein the crystal structure is a fluorite type.
The oxide according to the above.
【請求項4】 1000℃における導電率が0.15S/cm以上
である請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物。
4. The oxide according to claim 1, which has a conductivity at 1000 ° C. of 0.15 S / cm or more.
【請求項5】 800℃における導電率が0.075S/cm以上
である請求項1〜4のいずれかに記載の酸化物。
5. The oxide according to claim 1, which has an electric conductivity at 800 ° C. of 0.075 S / cm or more.
【請求項6】 25℃における絶対密度が6.6〜7である
請求項1〜5のいずれかに記載の酸化物。
6. The oxide according to claim 1, which has an absolute density of 6.6 to 7 at 25 ° C.
【請求項7】 相対密度が97%以上である請求項1〜6
のいずれかに記載の酸化物。
7. The method according to claim 1, wherein the relative density is 97% or more.
The oxide according to any one of the above.
【請求項8】 平均粒径が2μm以上である請求項1〜
7のいずれかに記載の酸化物。
8. The method according to claim 1, wherein the average particle size is 2 μm or more.
8. The oxide according to any of 7.
【請求項9】 CeO2、Ln23及びGa23の混合
粉末を1400〜1600℃で焼結させて請求項1〜8のいずれ
かに記載の酸化物を得ることを特徴とするセリア系酸化
物の製造方法。
9. An oxide according to claim 1, wherein a mixed powder of CeO 2 , Ln 2 O 3 and Ga 2 O 3 is sintered at 1400 to 1600 ° C. A method for producing a ceria-based oxide.
【請求項10】 CeO2、Ln23及びGa23の混
合粉末を1000〜1300℃でか焼した後に粉砕して得られる
粉末を1400〜1600℃で焼結させて請求項1〜8のいずれ
かに記載の酸化物を得ることを特徴とするセリア系酸化
物の製造方法。
10. A powder obtained by calcining a mixed powder of CeO 2 , Ln 2 O 3 and Ga 2 O 3 at 1000 to 1300 ° C. and then pulverizing the powder at 1400 to 1600 ° C. 8. A method for producing a ceria-based oxide, comprising obtaining the oxide according to any one of 8.
【請求項11】 請求項1〜8のいずれかに記載の酸化
物からなる酸化物イオン導電体。
11. An oxide ion conductor comprising the oxide according to claim 1. Description:
【請求項12】 請求項11に記載の酸化物イオン導電体
を電解質とする固体電解質型燃料電池。
12. A solid oxide fuel cell comprising the oxide ion conductor according to claim 11 as an electrolyte.
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US7119041B2 (en) * 2002-03-08 2006-10-10 Anan Kasei Co., Ltd. Cerium based composite oxide, sintered product thereof and method for preparation thereof
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