JPH0831433A - 高強度固体電解質材料 - Google Patents
高強度固体電解質材料Info
- Publication number
- JPH0831433A JPH0831433A JP6186371A JP18637194A JPH0831433A JP H0831433 A JPH0831433 A JP H0831433A JP 6186371 A JP6186371 A JP 6186371A JP 18637194 A JP18637194 A JP 18637194A JP H0831433 A JPH0831433 A JP H0831433A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte material
- added
- alumina
- scandia
- solid electrolyte
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 導電率が高く発電特性に優れるのみならず、
機械的特性にも優れた高強度固体電解質材料を提供する
こと。 【構成】 ジルコニア材料中にスカンジアを８〜１５モ
ル％固溶して結晶構造を安定化したスカンジア安定化ジ
ルコニア電解質材料を主成分とし、これに高強度複合材
料としてγ−アルミナが０.１〜２０ 重量％混合されて
いる。固体電解質型燃料電池に適用すれば、電解質板の
薄肉化により内部抵抗が低下し高い発電性能が得られ、
しかも機械強度が高いことにより長期間の耐久性の向上
も達成される。
機械的特性にも優れた高強度固体電解質材料を提供する
こと。 【構成】 ジルコニア材料中にスカンジアを８〜１５モ
ル％固溶して結晶構造を安定化したスカンジア安定化ジ
ルコニア電解質材料を主成分とし、これに高強度複合材
料としてγ−アルミナが０.１〜２０ 重量％混合されて
いる。固体電解質型燃料電池に適用すれば、電解質板の
薄肉化により内部抵抗が低下し高い発電性能が得られ、
しかも機械強度が高いことにより長期間の耐久性の向上
も達成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
（以下、「ＳＯＦＣ」と略称する。）に用いられる固体
電解質材料に関し、さらに詳しくは固体電解質材料のア
ルミナ分散による高強度化を図ったアルミナ分散型高強
度固体電解質材料に関するものである。
（以下、「ＳＯＦＣ」と略称する。）に用いられる固体
電解質材料に関し、さらに詳しくは固体電解質材料のア
ルミナ分散による高強度化を図ったアルミナ分散型高強
度固体電解質材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の燃料電池としては、電解質
の種類によってリン酸型（以下、「ＰＡＦＣ」と略称す
る。）のもの、溶融炭酸塩型（以下、「ＭＣＦＣ」と略
称する。）のもの、および固体電解質型（ＳＯＦＣ）の
ものが知られている。
の種類によってリン酸型（以下、「ＰＡＦＣ」と略称す
る。）のもの、溶融炭酸塩型（以下、「ＭＣＦＣ」と略
称する。）のもの、および固体電解質型（ＳＯＦＣ）の
ものが知られている。
【０００３】この中でＳＯＦＣ型燃料電池は、電解質材
料としてリン酸水溶液や溶融炭酸塩のような液体状材料
の代わりにイオン導電性を有する固体電解質材料を用い
たものであり、ＰＡＦＣ型やＭＣＦＣ型の燃料電池に比
べて発電効率が高く、高温度の排熱が得られることか
ら、オンサイト用コージェネレーションシステムへの適
用が期待されている。
料としてリン酸水溶液や溶融炭酸塩のような液体状材料
の代わりにイオン導電性を有する固体電解質材料を用い
たものであり、ＰＡＦＣ型やＭＣＦＣ型の燃料電池に比
べて発電効率が高く、高温度の排熱が得られることか
ら、オンサイト用コージェネレーションシステムへの適
用が期待されている。
【０００４】ところでこのＳＯＦＣ型燃料電池の固体電
解質材料としては従来、イットリア安定化ジルコニア材
料（以下、「ＹＳＺ材料」と略称する。）が用いられて
きたが、最近ではこのＹＳＺ材料よりも高い導電率をも
つ材料として、スカンジア安定化ジルコニア材料（以
下、「ＳｃＳＺ材料」と略称する。）が本願出願人によ
る学会発表等により注目を浴びている。このＳｃＳＺ材
料は、ジルコニア材料にスカンジアを固溶させて結晶構
造を安定化させたものである。
解質材料としては従来、イットリア安定化ジルコニア材
料（以下、「ＹＳＺ材料」と略称する。）が用いられて
きたが、最近ではこのＹＳＺ材料よりも高い導電率をも
つ材料として、スカンジア安定化ジルコニア材料（以
下、「ＳｃＳＺ材料」と略称する。）が本願出願人によ
る学会発表等により注目を浴びている。このＳｃＳＺ材
料は、ジルコニア材料にスカンジアを固溶させて結晶構
造を安定化させたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら一方で、
ＳＯＦＣ型燃料電池はその発電容量の増大化が図られ、
たとえば平板型ＳＯＦＣの場合その電解質板の平板面積
を大きくすることによって発電容量を増大させることが
考えられるが、電解質板の平板面積を大きくするために
はその電解質板の材料強度を高める必要がある。そして
材料強度を高めるために単純に電解質板を厚く（０.２
〜０.３ｍｍ）して、強度的にもたせようとすると、今
度は電解質板が薄い場合よりも内部抵抗が増大し、導電
率の低下により発電特性が損なわれるという問題が生じ
る。
ＳＯＦＣ型燃料電池はその発電容量の増大化が図られ、
たとえば平板型ＳＯＦＣの場合その電解質板の平板面積
を大きくすることによって発電容量を増大させることが
考えられるが、電解質板の平板面積を大きくするために
はその電解質板の材料強度を高める必要がある。そして
材料強度を高めるために単純に電解質板を厚く（０.２
〜０.３ｍｍ）して、強度的にもたせようとすると、今
度は電解質板が薄い場合よりも内部抵抗が増大し、導電
率の低下により発電特性が損なわれるという問題が生じ
る。
【０００６】そのような状況の中で、前述のスカンジア
安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）電解質材料は、従来の電
解質材料（イットリア安定化ジルコニアＹＳＺ）よりも
高い導電率を持ってはいるが、平板型ＳＯＦＣの大面積
化に際しては、ハンドリングや構造強度の問題からＹＳ
Ｚ材料と同様ＳｃＳＺ材料の機械強度は十分ではなく、
これを向上させる必要がある。
安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）電解質材料は、従来の電
解質材料（イットリア安定化ジルコニアＹＳＺ）よりも
高い導電率を持ってはいるが、平板型ＳＯＦＣの大面積
化に際しては、ハンドリングや構造強度の問題からＹＳ
Ｚ材料と同様ＳｃＳＺ材料の機械強度は十分ではなく、
これを向上させる必要がある。
【０００７】そのため本願出願人は先の出願（特願平５
−１７１２０８号）により、ＳｃＳＺ材料にアルミナ
（一般にはα−Ａｌ2Ｏ3が使用される）を複合化させる
ことによってＳｃＳＺ電解質材料の機械強度を高める技
術内容を提示した。しかしこれには以下の問題点があっ
た。すなわち、 α−Ａｌ2Ｏ3の添加にともない電解質材料の内部抵抗
が著しく増大するため、導電率が低下して発電性能が損
なわれる。 材料強度が低いため、機械的・熱的疲労破損を起こし
やすく、長期間の使用に耐え得ず、耐久性に劣る。
−１７１２０８号）により、ＳｃＳＺ材料にアルミナ
（一般にはα−Ａｌ2Ｏ3が使用される）を複合化させる
ことによってＳｃＳＺ電解質材料の機械強度を高める技
術内容を提示した。しかしこれには以下の問題点があっ
た。すなわち、 α−Ａｌ2Ｏ3の添加にともない電解質材料の内部抵抗
が著しく増大するため、導電率が低下して発電性能が損
なわれる。 材料強度が低いため、機械的・熱的疲労破損を起こし
やすく、長期間の使用に耐え得ず、耐久性に劣る。
【０００８】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、高
い導電率を維持しつつγ−アルミナの添加によりα−ア
ルミナによる複合強化よりもさらに機械的特性に優れた
固体電解質材料を提供することにある。これにより、Ｓ
ＯＦＣ型燃料電池としての発電特性はもとより耐久性能
をも向上させ、大容量化への要求に応えんとするもので
ある。
めになされたものであり、その目的とするところは、高
い導電率を維持しつつγ−アルミナの添加によりα−ア
ルミナによる複合強化よりもさらに機械的特性に優れた
固体電解質材料を提供することにある。これにより、Ｓ
ＯＦＣ型燃料電池としての発電特性はもとより耐久性能
をも向上させ、大容量化への要求に応えんとするもので
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため本発明は、ジルコニア材料にスカンジアを固溶さ
せて結晶構造を安定化させたスカンジア安定化ジルコニ
ア電解質材料を主成分とし、これにγ−アルミナを高強
度複合材料として分散させてなることを要旨とするもの
である。この場合にスカンジアはジルコニア材料中に８
〜１５モル％固溶されているのが望ましく、これにより
固体電解質材料であるジルコニア材料の結晶構造の安定
化が図られる。
るため本発明は、ジルコニア材料にスカンジアを固溶さ
せて結晶構造を安定化させたスカンジア安定化ジルコニ
ア電解質材料を主成分とし、これにγ−アルミナを高強
度複合材料として分散させてなることを要旨とするもの
である。この場合にスカンジアはジルコニア材料中に８
〜１５モル％固溶されているのが望ましく、これにより
固体電解質材料であるジルコニア材料の結晶構造の安定
化が図られる。
【００１０】またこのスカンジア安定化ジルコニア電解
質材料にγ−アルミナを０.１ 〜２０ｗｔ％の範囲で適
量配合することにより曲げ強度等の機械的特性が向上す
る。これによりα−Ａｌ2Ｏ3を添加したコンポジット材
料の約１.５倍 、材料強化されていないＳｃＳＺ材料の
約３倍の強度を図ることができる。
質材料にγ−アルミナを０.１ 〜２０ｗｔ％の範囲で適
量配合することにより曲げ強度等の機械的特性が向上す
る。これによりα−Ａｌ2Ｏ3を添加したコンポジット材
料の約１.５倍 、材料強化されていないＳｃＳＺ材料の
約３倍の強度を図ることができる。
【００１１】
【実施例】以下に本発明について各種実験を行なったの
でその結果を詳細に説明する。 （実験方法）初めに図１に本発明のＳＯＦＣ型燃料電池
に供されるスカンジア安定化ジルコニア電解質の調製法
について示し、これについて説明する。
でその結果を詳細に説明する。 （実験方法）初めに図１に本発明のＳＯＦＣ型燃料電池
に供されるスカンジア安定化ジルコニア電解質の調製法
について示し、これについて説明する。
【００１２】１．ＳｃＳＺ原料粉末の調整 ＳｃＳＺ原料粉末は、Ｓｃ2Ｏ3を原子レベルで均一に混
合することを目的として、ゾルゲル法（蟻酸法）、あ
るいは含浸法により調製した。はじめに、ゾルゲル
法について説明すると、所定量のＳｃ2Ｏ3（９９.９％
）を加熱した濃硝酸に溶解させ、蒸留水で希釈したの
ち、所定量のＺｒＯ（ＮＯ3 ）2・２Ｈ2Ｏを加えた。こ
の溶液に蟻酸とポリエチレングリコールを加え、攪拌し
ながら加熱固化して前駆体を得た。そして、得られた前
駆体を８００℃で１２時間仮焼して結晶化させ、ＳｃＳ
Ｚ原料粉末とした。この段階で大部分のＳｃ2Ｏ3はＺｒ
Ｏ2に固溶している。
合することを目的として、ゾルゲル法（蟻酸法）、あ
るいは含浸法により調製した。はじめに、ゾルゲル
法について説明すると、所定量のＳｃ2Ｏ3（９９.９％
）を加熱した濃硝酸に溶解させ、蒸留水で希釈したの
ち、所定量のＺｒＯ（ＮＯ3 ）2・２Ｈ2Ｏを加えた。こ
の溶液に蟻酸とポリエチレングリコールを加え、攪拌し
ながら加熱固化して前駆体を得た。そして、得られた前
駆体を８００℃で１２時間仮焼して結晶化させ、ＳｃＳ
Ｚ原料粉末とした。この段階で大部分のＳｃ2Ｏ3はＺｒ
Ｏ2に固溶している。
【００１３】次に含浸法について説明すると、所定量
のＳｃ2Ｏ3（９９.９％） を加熱した濃硝酸に溶解さ
せ、やはり蒸留水で希釈したのち、所定量のＺｒＯ2
（東ソー社製品ジルコニア「ＴＺ−Ｏ」）に加え、ジル
コニアに含浸させる。次にこの溶液を加熱固化してＳｃ
ＳＺ原料粉末とした。
のＳｃ2Ｏ3（９９.９％） を加熱した濃硝酸に溶解さ
せ、やはり蒸留水で希釈したのち、所定量のＺｒＯ2
（東ソー社製品ジルコニア「ＴＺ−Ｏ」）に加え、ジル
コニアに含浸させる。次にこの溶液を加熱固化してＳｃ
ＳＺ原料粉末とした。
【００１４】２．ＳｃＳＺ−Ａｌ2Ｏ3複合材料の調整 アルミナの種類のちがいにより、ＳｃＳＺ−Ａｌ2Ｏ3複
合材料の調整方法を変えた。 α−Ａｌ2Ｏ3（あるいは、γ−Ａｌ2Ｏ3）を添加した
複合材料の調整。 所定量のα−Ａｌ2Ｏ3（あるいは、γ−Ａｌ2Ｏ3）をＳ
ｃＳＺ原料粉末に加えたのち、ボールミル機で湿式混合
した。湿式混合の溶液には、エチルアルコールを用い
た。次に、この混合液を加熱乾燥して、ＳｃＳＺ−Ａｌ
2Ｏ3複合材料とした。 Ａｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3を添加した複合材料の調整 所定量のアルミニウムイソプロポキシド（Ａｌ（Ｏ−ｉ
ｐｒ）3） を濃硝酸に溶解させ、蒸留水で希釈した後、
ＳｃＳＺ原料粉末に加えた。次に、この混合液を攪拌し
ながら加熱乾燥し、ＳｃＳＺ−Ａｌ2Ｏ3複合材料とし
た。
合材料の調整方法を変えた。 α−Ａｌ2Ｏ3（あるいは、γ−Ａｌ2Ｏ3）を添加した
複合材料の調整。 所定量のα−Ａｌ2Ｏ3（あるいは、γ−Ａｌ2Ｏ3）をＳ
ｃＳＺ原料粉末に加えたのち、ボールミル機で湿式混合
した。湿式混合の溶液には、エチルアルコールを用い
た。次に、この混合液を加熱乾燥して、ＳｃＳＺ−Ａｌ
2Ｏ3複合材料とした。 Ａｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3を添加した複合材料の調整 所定量のアルミニウムイソプロポキシド（Ａｌ（Ｏ−ｉ
ｐｒ）3） を濃硝酸に溶解させ、蒸留水で希釈した後、
ＳｃＳＺ原料粉末に加えた。次に、この混合液を攪拌し
ながら加熱乾燥し、ＳｃＳＺ−Ａｌ2Ｏ3複合材料とし
た。
【００１５】３．焼結体（試験片）の作製 上記１、２で得られた原料粉末を金型で一軸成形した
後、静水圧プレス（ＣＩＰ）２０００ｋｇ／ｃｍ2 によ
り成形した。この成形体を１５００〜１７００℃で、５
〜１５時間焼成し、試験片を得た。
後、静水圧プレス（ＣＩＰ）２０００ｋｇ／ｃｍ2 によ
り成形した。この成形体を１５００〜１７００℃で、５
〜１５時間焼成し、試験片を得た。
【００１６】４．特性評価 導電率 導電率の測定は、直径７ｍｍ，長さ２〜３ｍｍの円板状
焼結体の両面に白金電極を焼き付け、交流インピーダン
ス法により行った。周波数は１〜１００ｋＨｚの範囲
で、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ Ｐｌｏｔで得られた抵抗値と
試験片の寸法から試料の導電率を求めた。 曲げ強度 試験片の曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ１６０１−１９８１
「ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法」に準じ、
３点曲げ試験により行った。試験片の形状は、３ｍｍ
（Ｂ）×４ｍｍ（Ｗ）×４０ｍｍ（Ｌ）の長方形の角柱
とした。
焼結体の両面に白金電極を焼き付け、交流インピーダン
ス法により行った。周波数は１〜１００ｋＨｚの範囲
で、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ Ｐｌｏｔで得られた抵抗値と
試験片の寸法から試料の導電率を求めた。 曲げ強度 試験片の曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ１６０１−１９８１
「ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法」に準じ、
３点曲げ試験により行った。試験片の形状は、３ｍｍ
（Ｂ）×４ｍｍ（Ｗ）×４０ｍｍ（Ｌ）の長方形の角柱
とした。
【００１７】（実験結果） 導電率 図２にアルミナ添加による導電率の変化特性のデータを
示す。用いられた固体電解質材料は１１モル％ＳｃＳＺ
材料であり、導電率の測定温度は通常のＳＯＦＣ型燃料
電池の運転温度である１０００℃とした。横軸にアルミ
ナ添加量（ｗｔ％）を採り、縦軸に導電率（Ｓ／ｃｍ）
を示す。アルミナ添加量は、０〜２０ｗｔ％とした。
示す。用いられた固体電解質材料は１１モル％ＳｃＳＺ
材料であり、導電率の測定温度は通常のＳＯＦＣ型燃料
電池の運転温度である１０００℃とした。横軸にアルミ
ナ添加量（ｗｔ％）を採り、縦軸に導電率（Ｓ／ｃｍ）
を示す。アルミナ添加量は、０〜２０ｗｔ％とした。
【００１８】この結果α−Ａｌ2Ｏ3を添加したもの、Ａ
ｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3 を添加したもの、およびγ−Ａｌ2
Ｏ3を添加したもののいずれもアルミナ添加量を増すに
つれて導電率が低下する傾向が見られたが、その中でα
−Ａｌ2Ｏ3を添加したものが最も導電率の低下が著し
く、次いでＡｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3 を添加したもの、最も
導電率の低下が少ないのがγ−Ａｌ2Ｏ3を添加したもの
であった。
ｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3 を添加したもの、およびγ−Ａｌ2
Ｏ3を添加したもののいずれもアルミナ添加量を増すに
つれて導電率が低下する傾向が見られたが、その中でα
−Ａｌ2Ｏ3を添加したものが最も導電率の低下が著し
く、次いでＡｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3 を添加したもの、最も
導電率の低下が少ないのがγ−Ａｌ2Ｏ3を添加したもの
であった。
【００１９】さらにそのデータの内容を解析すると、α
−Ａｌ2Ｏ3を添加したものは、アルミナ添加量が１ｗｔ
％程度の少ない段階ですでに導電率の低下度合いが大き
く、アルミナ添加量およそ５ｗｔ％程度で導電率が０.
２Ｓ／ｃｍ 以下にまで落ち、十分な発電性能が得られ
ない状態となった。これに対してＡｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3
を添加したものは、アルミナ添加量がおよそ１０ｗｔ％
で導電率が０.２ Ｓ／ｃｍ以下にまで落ちることがわか
った。
−Ａｌ2Ｏ3を添加したものは、アルミナ添加量が１ｗｔ
％程度の少ない段階ですでに導電率の低下度合いが大き
く、アルミナ添加量およそ５ｗｔ％程度で導電率が０.
２Ｓ／ｃｍ 以下にまで落ち、十分な発電性能が得られ
ない状態となった。これに対してＡｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3
を添加したものは、アルミナ添加量がおよそ１０ｗｔ％
で導電率が０.２ Ｓ／ｃｍ以下にまで落ちることがわか
った。
【００２０】そしてγ−Ａｌ2Ｏ3を添加したものは、ア
ルミナ添加量が１ｗｔ％程度の少ない段階では導電率
０.２８Ｓ／ｃｍ 以上の値を示し、またアルミナ添加量
が１０ｗｔ％程度まで増量しても導電率は０.２５Ｓ／
ｃｍ 程度の高い値を維持するものであり、実機運転で
も高い発電性能が得られるものである。
ルミナ添加量が１ｗｔ％程度の少ない段階では導電率
０.２８Ｓ／ｃｍ 以上の値を示し、またアルミナ添加量
が１０ｗｔ％程度まで増量しても導電率は０.２５Ｓ／
ｃｍ 程度の高い値を維持するものであり、実機運転で
も高い発電性能が得られるものである。
【００２１】曲げ強度 図３にアルミナ添加による曲げ強度の変化特性のデータ
を示す。固体電解質材料は前述の導電率測定に供した材
料と同じもの、すなわち１１モル％ＳｃＳＺ材料であ
る。横軸にアルミナ添加量（ｗｔ％）を採り、縦軸に曲
げ強度（ＭＰａ）を示す。
を示す。固体電解質材料は前述の導電率測定に供した材
料と同じもの、すなわち１１モル％ＳｃＳＺ材料であ
る。横軸にアルミナ添加量（ｗｔ％）を採り、縦軸に曲
げ強度（ＭＰａ）を示す。
【００２２】この結果、α−Ａｌ2Ｏ3を添加したもの、
Ａｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3 を添加したもの、およびγ−Ａｌ
2Ｏ3を添加したもののいずれの場合もアルミナ添加量の
増加とともに曲げ強度が増大することがわかった。その
中で特にγ−Ａｌ2Ｏ3を添加したものの曲げ強度の増加
度が最も大きく、次いでＡｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3 を添加し
たものであり、最も曲げ強度の増加度の小さかったのが
α−Ａｌ2Ｏ3を添加したものであった。
Ａｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3 を添加したもの、およびγ−Ａｌ
2Ｏ3を添加したもののいずれの場合もアルミナ添加量の
増加とともに曲げ強度が増大することがわかった。その
中で特にγ−Ａｌ2Ｏ3を添加したものの曲げ強度の増加
度が最も大きく、次いでＡｌ（Ｏ−ｉｐｒ）3 を添加し
たものであり、最も曲げ強度の増加度の小さかったのが
α−Ａｌ2Ｏ3を添加したものであった。
【００２３】さらにそれらのデータの内容をよく解析す
ると、いずれの添加物 （α−Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ（Ｏ−ｉ
ｐｒ）3，γ−Ａｌ2Ｏ3）の場合もアルミナ添加量が１
ｗｔ％程度で急激に曲げ強度が増大し、その中でγ−Ａ
ｌ2Ｏ3を添加したものが最も高い曲げ強度値を示すこと
が明らかとなった。そしてまたアルミナ添加量が増すに
つれていずれの添加物の場合も曲げ強度が徐々に増加し
ていくが、その中でγ−Ａｌ2Ｏ3を添加したものは常に
最も高い曲げ強度値を示すものであった。
ると、いずれの添加物 （α−Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ（Ｏ−ｉ
ｐｒ）3，γ−Ａｌ2Ｏ3）の場合もアルミナ添加量が１
ｗｔ％程度で急激に曲げ強度が増大し、その中でγ−Ａ
ｌ2Ｏ3を添加したものが最も高い曲げ強度値を示すこと
が明らかとなった。そしてまたアルミナ添加量が増すに
つれていずれの添加物の場合も曲げ強度が徐々に増加し
ていくが、その中でγ−Ａｌ2Ｏ3を添加したものは常に
最も高い曲げ強度値を示すものであった。
【００２４】ちなみに本発明にかかるＳｃＳＺ材料にγ
−Ａｌ2Ｏ3を添加したものは、従来のα−Ａｌ2Ｏ3を添
加したコンポジット材料の約１.５倍 、Ａｌ2Ｏ3による
材料強化がなされていないＳｃＳＺ材料の約３倍の強度
を持つことが明らかになった。したがって本発明のよう
にＳｃＳＺ電解質材料をγ−Ａｌ2Ｏ3により複合強化し
たものでは、ＳＯＦＣ電解質板の厚さを、α−Ａｌ2Ｏ3
を添加したコンポジット材料の約２／３（０.２ｍｍ程
度） 、材料強化されていないＳｃＳＺ材料の約１／３
（０.１ｍｍ程度）にすることができる。
−Ａｌ2Ｏ3を添加したものは、従来のα−Ａｌ2Ｏ3を添
加したコンポジット材料の約１.５倍 、Ａｌ2Ｏ3による
材料強化がなされていないＳｃＳＺ材料の約３倍の強度
を持つことが明らかになった。したがって本発明のよう
にＳｃＳＺ電解質材料をγ−Ａｌ2Ｏ3により複合強化し
たものでは、ＳＯＦＣ電解質板の厚さを、α−Ａｌ2Ｏ3
を添加したコンポジット材料の約２／３（０.２ｍｍ程
度） 、材料強化されていないＳｃＳＺ材料の約１／３
（０.１ｍｍ程度）にすることができる。
【００２５】そして図２および図３のデータから言える
ことは、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）材料
にγ−Ａｌ2Ｏ3を添加することによって高い導電率を維
持しつつ、曲げ強度特性も良好な状態が得られるという
ことである。そして特にγ−Ａｌ2Ｏ3の添加量としては
１ｗｔ％程度ですでに高い曲げ強度値が得られる（図３
より）ものであるから、あえてそれ以上にアルミナ添加
量を増す必要はないと思われる。しかし、実機運転にお
いてより高い機械的特性を要求するならば、アルミナの
添加量として１ｗｔ％以上〜２０ｗｔ％程度まではそれ
程導電率を低下させることなく使用できるものである。
ことは、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）材料
にγ−Ａｌ2Ｏ3を添加することによって高い導電率を維
持しつつ、曲げ強度特性も良好な状態が得られるという
ことである。そして特にγ−Ａｌ2Ｏ3の添加量としては
１ｗｔ％程度ですでに高い曲げ強度値が得られる（図３
より）ものであるから、あえてそれ以上にアルミナ添加
量を増す必要はないと思われる。しかし、実機運転にお
いてより高い機械的特性を要求するならば、アルミナの
添加量として１ｗｔ％以上〜２０ｗｔ％程度まではそれ
程導電率を低下させることなく使用できるものである。
【００２６】以上の結果をまとめると、ＳＯＦＣに本発
明による電解質材料を用いることで以下の効果が期待で
きる。 電解質板をさらに薄くし、内部抵抗を減らすことで、
高い発電性能が得られる。 電解質板の強度が確保でき、ＳＯＦＣの信頼性が向上
する。 材料強度が高いため、機械的・熱的疲労破壊を起こし
にくく、長期間の使用に耐え得るものである。
明による電解質材料を用いることで以下の効果が期待で
きる。 電解質板をさらに薄くし、内部抵抗を減らすことで、
高い発電性能が得られる。 電解質板の強度が確保でき、ＳＯＦＣの信頼性が向上
する。 材料強度が高いため、機械的・熱的疲労破壊を起こし
にくく、長期間の使用に耐え得るものである。
【００２７】尚、本発明は上記実施例に何ら限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の
態様が考えられる。たとえば、ＳｃＳＺ原料粉末の調整
は上記実施例ではゾルゲル法や含浸法によるものを紹介
したが、これらの方法による粉末原料の調整が最も均一
な混合粉末を得ることができて固体電解質材料としての
機械強度の特性に好結果が得られるからである。これ以
外にも従来一般に行なわれているように、ジルコニア粉
末原料とスカンジア粉末原料とをボールミル等により機
械的に混合する方法によるものであっても構わない。Ｙ
ＳＺにγ−Ａｌ2Ｏ3を添加したものも同様の効果が期待
できる。
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の
態様が考えられる。たとえば、ＳｃＳＺ原料粉末の調整
は上記実施例ではゾルゲル法や含浸法によるものを紹介
したが、これらの方法による粉末原料の調整が最も均一
な混合粉末を得ることができて固体電解質材料としての
機械強度の特性に好結果が得られるからである。これ以
外にも従来一般に行なわれているように、ジルコニア粉
末原料とスカンジア粉末原料とをボールミル等により機
械的に混合する方法によるものであっても構わない。Ｙ
ＳＺにγ−Ａｌ2Ｏ3を添加したものも同様の効果が期待
できる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明に係るγ−Ａｌ2Ｏ3複合分散したスカンジア安定化
ジルコニア（ＳｃＳＺ）電解質材料によれば、従来のイ
ットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）材料に較べて導
電率が高く発電特性に優れるのみならず、α−Ａｌ2Ｏ3
に代えてγ−Ａｌ2Ｏ3材料により複合高強度化を図った
ものであるから、固体電解質材料としての強度を維持で
きるものである。したがってその材料強度が高い分電解
質板の薄肉化による内部抵抗の減少を図れ、より高い発
電性能が得られ、また材料強度が高いことによる機械的
・熱的疲労破壊も少なく、長期間の使用にも耐え得るも
のであり、オンサイト用コージェネレーションシステム
への実用化へ大いに寄与し得るものである。
発明に係るγ−Ａｌ2Ｏ3複合分散したスカンジア安定化
ジルコニア（ＳｃＳＺ）電解質材料によれば、従来のイ
ットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）材料に較べて導
電率が高く発電特性に優れるのみならず、α−Ａｌ2Ｏ3
に代えてγ−Ａｌ2Ｏ3材料により複合高強度化を図った
ものであるから、固体電解質材料としての強度を維持で
きるものである。したがってその材料強度が高い分電解
質板の薄肉化による内部抵抗の減少を図れ、より高い発
電性能が得られ、また材料強度が高いことによる機械的
・熱的疲労破壊も少なく、長期間の使用にも耐え得るも
のであり、オンサイト用コージェネレーションシステム
への実用化へ大いに寄与し得るものである。
【図１】本発明に係る固体電解質材料の調製法を説明す
るための工程図である。
るための工程図である。
【図２】本発明に係る固体電解質材料の発電特性を説明
するためアルミナ添加量と導電率との関係を示した図で
ある。
するためアルミナ添加量と導電率との関係を示した図で
ある。
【図３】本発明に係る固体電解質材料の機械的特性を説
明するためアルミナ添加量と曲げ強度との関係を示した
図である。
明するためアルミナ添加量と曲げ強度との関係を示した
図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 ジルコニア材料にスカンジアを固溶させ
て結晶構造を安定化させたスカンジア安定化ジルコニア
電解質材料を主成分とし、これにγ−アルミナを高強度
複合材料として分散させてなることを特徴とする高強度
固体電解質材料。 - 【請求項２】 前記スカンジア安定化ジルコニア電解質
材料にはスカンジアが８〜１５モル％固溶され、前記γ
−アルミナは前記スカンジア安定化ジルコニア電解質材
料中に０.１ 〜２０重量％混合されてなることを特徴と
する請求項１に記載の高強度固体電解質材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18637194A JP3331056B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 分散強化型固体電解質材料及びこれを用いた固体電解質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18637194A JP3331056B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 分散強化型固体電解質材料及びこれを用いた固体電解質焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0831433A true JPH0831433A (ja) | 1996-02-02 |
| JP3331056B2 JP3331056B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=16187219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18637194A Expired - Lifetime JP3331056B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 分散強化型固体電解質材料及びこれを用いた固体電解質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3331056B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10214519A (ja) * | 1996-12-31 | 1998-08-11 | Praxair Technol Inc | 機械的特性向上用及び触媒特性向上用成分を有する固体電解質膜 |
| JP2000128545A (ja) * | 1998-08-26 | 2000-05-09 | Praxair Technol Inc | セラミック膜を作製する方法 |
| EP1202370A1 (en) * | 2000-10-23 | 2002-05-02 | Toho Gas Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| JP2003068324A (ja) * | 2001-06-15 | 2003-03-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素イオン伝導性固体電解質並びにこれを用いた電気化学デバイス及び固体電解質型燃料電池 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06107462A (ja) * | 1992-08-12 | 1994-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸素イオン導伝体及び固体燃料電池 |
-
1994
- 1994-07-14 JP JP18637194A patent/JP3331056B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06107462A (ja) * | 1992-08-12 | 1994-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸素イオン導伝体及び固体燃料電池 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10214519A (ja) * | 1996-12-31 | 1998-08-11 | Praxair Technol Inc | 機械的特性向上用及び触媒特性向上用成分を有する固体電解質膜 |
| JP2000128545A (ja) * | 1998-08-26 | 2000-05-09 | Praxair Technol Inc | セラミック膜を作製する方法 |
| EP1202370A1 (en) * | 2000-10-23 | 2002-05-02 | Toho Gas Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| JP2003068324A (ja) * | 2001-06-15 | 2003-03-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素イオン伝導性固体電解質並びにこれを用いた電気化学デバイス及び固体電解質型燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3331056B2 (ja) | 2002-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5311913B2 (ja) | 高イオン導電性固体電解質材料の製造方法 | |
| 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 | |
| JPH07315922A (ja) | 固体電解質セラミックス及び固体電解質用支持部材 | |
| JP3458863B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池用固体電解質焼結体 | |
| JPH08119732A (ja) | 固体電解質の製造方法 | |
| JPH0831433A (ja) | 高強度固体電解質材料 | |
| JPH076622A (ja) | 結晶相安定化固体電解質材料 | |
| WO2019003422A1 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用スカンジア安定化ジルコニア粉末及びその製造方法，固体酸化物形燃料電池用スカンジア安定化ジルコニア焼結体及びその製造方法，並びに固体酸化物形燃料電池 | |
| JP3233807B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池用基体材 | |
| JPH0769720A (ja) | 複合材分散強化型固体電解質材料 | |
| JP3411064B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池用固体電解質焼結体の製造方法 | |
| JP5436588B2 (ja) | 高イオン導電性固体電解質材料及び焼結体、並びに、固体電解質型燃料電池 | |
| JP3501409B2 (ja) | 自立膜平板型固体電解質型燃料電池 | |
| JP4367843B2 (ja) | 燃料極、電気化学セルおよび燃料極の製造方法 | |
| JP4889166B2 (ja) | 低温焼結性固体電解質材料、電解質電極接合体及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池 | |
| JP2000044340A (ja) | ランタンガレート系焼結体およびその製造方法、ならびにそれを固体電解質として用いた燃料電池 | |
| JP3351865B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池用燃料極及びこの燃料極を用いた自立膜平板型固体電解質型燃料電池 | |
| JP4039618B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| Yuan et al. | Synergetic enhancement of mechanical and electrical properties in Ce0. 8Sm0. 1Nd0. 1O2− δ/La10Si6O27 composite electrolytes | |
| JP3254456B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池の製造方法 | |
| JPH08250135A (ja) | 固体電解質型燃料電池及びその電池セルの製造方法 | |
| US9692076B2 (en) | Electrolyte composition for solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell | |
| JP2001118590A (ja) | 高導電性固体電解質膜及びその製造方法 | |
| EP1071150B1 (en) | Base tube for fuel cell and material for base tube | |
| JPH0831432A (ja) | 低温作動可能な固体電解質型燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080719 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090719 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090719 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100719 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110719 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110719 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120719 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120719 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130719 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130719 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140719 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |