JPH1179836A - 導電性セラミックス - Google Patents
導電性セラミックスInfo
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- JPH1179836A JPH1179836A JP9234627A JP23462797A JPH1179836A JP H1179836 A JPH1179836 A JP H1179836A JP 9234627 A JP9234627 A JP 9234627A JP 23462797 A JP23462797 A JP 23462797A JP H1179836 A JPH1179836 A JP H1179836A
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- perovskite
- composite oxide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ＬａＣｒＯ3 のもつ優れた電気伝導性を損なう
ことなく、焼結性を高め、低温で緻密化が可能な導電性
セラミックスを提供する。 【解決手段】金属元素としてＬａ、ＣｒおよびＭｇを含
み、ペロブスカイト型複合酸化物を主結晶相とし、前記
ペロブスカイト型複合酸化物１００重量部に対して、Ｃ
ａと、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、ＤｙおよびＰｒの
うち少なくとも一種を酸化物換算でそれぞれ０．０１〜
２．０重量部含有することを特徴とする導電性セラミッ
クス。
ことなく、焼結性を高め、低温で緻密化が可能な導電性
セラミックスを提供する。 【解決手段】金属元素としてＬａ、ＣｒおよびＭｇを含
み、ペロブスカイト型複合酸化物を主結晶相とし、前記
ペロブスカイト型複合酸化物１００重量部に対して、Ｃ
ａと、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、ＤｙおよびＰｒの
うち少なくとも一種を酸化物換算でそれぞれ０．０１〜
２．０重量部含有することを特徴とする導電性セラミッ
クス。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は導電性セラミックス
に関し、詳細には、焼結性を改善した導電性セラミック
スに関するもので、特に燃料電池セルのセパレータ、ガ
スディフューザおよびインターコネクタや、ＭＨＤ発電
用の電極などに好適な導電性セラミックスに関するもの
である。
に関し、詳細には、焼結性を改善した導電性セラミック
スに関するもので、特に燃料電池セルのセパレータ、ガ
スディフューザおよびインターコネクタや、ＭＨＤ発電
用の電極などに好適な導電性セラミックスに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ランタンクロマイト系酸化物
（ＬａＣｒＯ3 ）は、高温での化学的安定性に優れ、電
子伝導性が大きいことから固体電解質型燃料電池セルの
セパレータ、ガスディフューザ、およびインターコネク
タとして利用されている。
（ＬａＣｒＯ3 ）は、高温での化学的安定性に優れ、電
子伝導性が大きいことから固体電解質型燃料電池セルの
セパレータ、ガスディフューザ、およびインターコネク
タとして利用されている。
【０００３】図１に平板形状の固体電解質型燃料電池セ
ルを示した。この平板型燃料電池セルでは、例えばＹ2
Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 からなる固体電解質１の上面にＬａ
ＭｎＯ3 系の空気極２、下面にＮｉージルコニア等の燃
料極３が設けられ、このセル間の接続はＬａＣｒＯ3 系
よりなるセパレータ４により行われている。
ルを示した。この平板型燃料電池セルでは、例えばＹ2
Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 からなる固体電解質１の上面にＬａ
ＭｎＯ3 系の空気極２、下面にＮｉージルコニア等の燃
料極３が設けられ、このセル間の接続はＬａＣｒＯ3 系
よりなるセパレータ４により行われている。
【０００４】燃料電池セルにおいては、空気極側に酸素
を含有するガス、例えば空気を流し、燃料極側に燃料、
例えば水素ガスを流しながら、１０００〜１０５０℃の
温度で発電する。上述のセパレータ材料としては、Ｃａ
あるいはＳｒを固溶したＬａＣｒＯ3 系材料が利用され
る。
を含有するガス、例えば空気を流し、燃料極側に燃料、
例えば水素ガスを流しながら、１０００〜１０５０℃の
温度で発電する。上述のセパレータ材料としては、Ｃａ
あるいはＳｒを固溶したＬａＣｒＯ3 系材料が利用され
る。
【０００５】また、円筒型燃料電池セルは平板型燃料電
池セルと同じ材料を用いて、空気極材料からなる支持管
上に固体電解質および燃料極、並びにインタ−コネクタ
と呼ばれる集電体が略同心円状に形成されている。円筒
型燃料電池セルにおいては、セル同士は例えば一つのセ
ルの集電体とそれに隣接するセルの燃料極とがＮｉフェ
ルトなどを介して接続される。
池セルと同じ材料を用いて、空気極材料からなる支持管
上に固体電解質および燃料極、並びにインタ−コネクタ
と呼ばれる集電体が略同心円状に形成されている。円筒
型燃料電池セルにおいては、セル同士は例えば一つのセ
ルの集電体とそれに隣接するセルの燃料極とがＮｉフェ
ルトなどを介して接続される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＬａＣｒＯ3 系材料は
陽イオンの拡散速度が遅いことに加えて、焼結過程にお
いて材料中からＣｒ成分が揮発し、粒子の接触部（ネッ
ク部）にＣｒ2 Ｏ3 として凝縮堆積して焼結を阻害す
る。このため、大気中では２０００℃以上の高温で焼結
させるか、あるいは還元性雰囲気でこのＣｒの蒸発凝縮
を抑制しながら焼結させることが必要であるが、この場
合でも１８００℃以上の高温度が必要である。このよう
な高温焼結による材料の作製は、経済的な観点から燃料
電池セルの量産を著しく困難にさせるとともに、コスト
を高める要因になっている。
陽イオンの拡散速度が遅いことに加えて、焼結過程にお
いて材料中からＣｒ成分が揮発し、粒子の接触部（ネッ
ク部）にＣｒ2 Ｏ3 として凝縮堆積して焼結を阻害す
る。このため、大気中では２０００℃以上の高温で焼結
させるか、あるいは還元性雰囲気でこのＣｒの蒸発凝縮
を抑制しながら焼結させることが必要であるが、この場
合でも１８００℃以上の高温度が必要である。このよう
な高温焼結による材料の作製は、経済的な観点から燃料
電池セルの量産を著しく困難にさせるとともに、コスト
を高める要因になっている。
【０００７】一方、ＬａＣｒＯ3 系材料を低温で得るた
めの方法として、電気化学的気相合成（ＥＶＤ）法が適
用されている。しかしながら、この方法は１４００℃と
比較的低温でＬａＣｒＯ3 系材料が作製されるものの、
ＬａＣｒＯ3 の成長速度が遅いため量産性に欠け、ま
た、この方法では出発原料として極めて高価な金属塩化
物を使用する必要があるために経済的にも問題があっ
た。
めの方法として、電気化学的気相合成（ＥＶＤ）法が適
用されている。しかしながら、この方法は１４００℃と
比較的低温でＬａＣｒＯ3 系材料が作製されるものの、
ＬａＣｒＯ3 の成長速度が遅いため量産性に欠け、ま
た、この方法では出発原料として極めて高価な金属塩化
物を使用する必要があるために経済的にも問題があっ
た。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、低温での焼
結性を高めるための方法について検討を重ねた結果、Ｌ
ａ、ＣｒおよびＭｇを含むＬａＣｒＯ3 系材料に対し
て、Ｃａと、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｐｒ
のうちの少なくとも一種を同時に添加することにより、
ＬａＣｒＯ3 のもつ優れた電気伝導性を損なうことな
く、焼結性を高め、低温で緻密化が可能になることを見
い出し、本発明に至った。
結性を高めるための方法について検討を重ねた結果、Ｌ
ａ、ＣｒおよびＭｇを含むＬａＣｒＯ3 系材料に対し
て、Ｃａと、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｐｒ
のうちの少なくとも一種を同時に添加することにより、
ＬａＣｒＯ3 のもつ優れた電気伝導性を損なうことな
く、焼結性を高め、低温で緻密化が可能になることを見
い出し、本発明に至った。
【０００９】即ち、本発明の導電性セラミックスは、金
属元素としてＬａ、ＣｒおよびＭｇを含み、ペロブスカ
イト型複合酸化物を主結晶相とし、前記ペロブスカイト
型複合酸化物１００重量部に対して、Ｃａと、Ｙ、Ｙ
ｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、ＤｙおよびＰｒのうち少なくと
も一種を酸化物換算でそれぞれ０．０１〜２．０重量部
含有するものである。
属元素としてＬａ、ＣｒおよびＭｇを含み、ペロブスカ
イト型複合酸化物を主結晶相とし、前記ペロブスカイト
型複合酸化物１００重量部に対して、Ｃａと、Ｙ、Ｙ
ｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、ＤｙおよびＰｒのうち少なくと
も一種を酸化物換算でそれぞれ０．０１〜２．０重量部
含有するものである。
【００１０】
【作用】ＬａＣｒＯ3 系材料は、結晶内の陽イオン拡散
速度が遅いことに加えて、Ｃｒ成分が優先的に蒸発しや
すく、大気中ではこれが焼結の際、粒子の接触部に凝縮
してＣｒ2 Ｏ3 として堆積し、陽イオンの拡散を阻害し
焼結性を悪くする、いわゆるＬａＣｒＯ3 系材料の焼結
は蒸発凝縮機構が支配的である。
速度が遅いことに加えて、Ｃｒ成分が優先的に蒸発しや
すく、大気中ではこれが焼結の際、粒子の接触部に凝縮
してＣｒ2 Ｏ3 として堆積し、陽イオンの拡散を阻害し
焼結性を悪くする、いわゆるＬａＣｒＯ3 系材料の焼結
は蒸発凝縮機構が支配的である。
【００１１】それに対して、本発明の材料が低温度で焼
結する機構については現在明確でないが、以下のように
解釈される。ＬａＭｇＣｒＯ3 系材料おいて、ＣａとＹ
等の希土類元素が共存すると、ＣａとＹ等の希土類元素
が化合物を形成し、さらに１４００℃付近以上の温度で
液相を生成する。
結する機構については現在明確でないが、以下のように
解釈される。ＬａＭｇＣｒＯ3 系材料おいて、ＣａとＹ
等の希土類元素が共存すると、ＣａとＹ等の希土類元素
が化合物を形成し、さらに１４００℃付近以上の温度で
液相を生成する。
【００１２】そのため、本材料では粒界相における陽イ
オンの拡散速度が大きくなると同時に、Ｃｒの蒸発を抑
制し焼結性が大きく向上する。この際、ＣａとＹ等の希
土類元素の含有量が比較的多いと、焼結後この液相はＣ
ａと希土類元素の化合物として表面に析出する。
オンの拡散速度が大きくなると同時に、Ｃｒの蒸発を抑
制し焼結性が大きく向上する。この際、ＣａとＹ等の希
土類元素の含有量が比較的多いと、焼結後この液相はＣ
ａと希土類元素の化合物として表面に析出する。
【００１３】また、本発明の導電性セラミックスを燃料
電池セルなどの電極材料として用いる場合には、高い電
気伝導度が要求される。ＬａＣｒＯ3 において、Ｃｒを
Ｍｇで置換すると、下記化１に従い、ホールが生成され
る。
電池セルなどの電極材料として用いる場合には、高い電
気伝導度が要求される。ＬａＣｒＯ3 において、Ｃｒを
Ｍｇで置換すると、下記化１に従い、ホールが生成され
る。
【００１４】
【化１】
【００１５】上記式によると、電気伝導度はＣｒを置換
したＭｇイオン濃度に比例する。従って、本発明の導電
性セラミックスは、高い導電性を有するとともに、還元
雰囲気下においても高い安定性を有するもので、これに
より燃料電池の集電部材などの電極材料として有用なも
のである。
したＭｇイオン濃度に比例する。従って、本発明の導電
性セラミックスは、高い導電性を有するとともに、還元
雰囲気下においても高い安定性を有するもので、これに
より燃料電池の集電部材などの電極材料として有用なも
のである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の導電性セラミックスにお
いては、従来から知られるＬａ、ＣｒおよびＭｇを含有
するＬａＣｒＯ3 系複合酸化物に対して、Ｃａと、Ｙ、
Ｙｂ等の希土類元素を同時に含有することが大きな特徴
である。ＬａＣｒＯ3 はＡＢＯ3 型ペロブスカイト型複
合酸化物を主結晶相とし、ＬａはＡサイト、Ｍｇ、Ｃｒ
はＢサイトを構成する元素で、ＡＢＯ3 型ペロブスカイ
ト型複合酸化物は、理想的にはＡサイト構成元素／Ｂサ
イト構成元素（原子比）＝１である。
いては、従来から知られるＬａ、ＣｒおよびＭｇを含有
するＬａＣｒＯ3 系複合酸化物に対して、Ｃａと、Ｙ、
Ｙｂ等の希土類元素を同時に含有することが大きな特徴
である。ＬａＣｒＯ3 はＡＢＯ3 型ペロブスカイト型複
合酸化物を主結晶相とし、ＬａはＡサイト、Ｍｇ、Ｃｒ
はＢサイトを構成する元素で、ＡＢＯ3 型ペロブスカイ
ト型複合酸化物は、理想的にはＡサイト構成元素／Ｂサ
イト構成元素（原子比）＝１である。
【００１７】それに対して、本発明では、上記ペロブス
カイト型複合酸化物１００重量部に対して、Ｃａと、
Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、ＤｙおよびＰｒのうち少
なくとも一種を酸化物換算でそれぞれ０．０１〜２．０
重量部含有するものである。
カイト型複合酸化物１００重量部に対して、Ｃａと、
Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、ＤｙおよびＰｒのうち少
なくとも一種を酸化物換算でそれぞれ０．０１〜２．０
重量部含有するものである。
【００１８】ここで、Ｃａと、Ｙ、Ｙｂ等の希土類元素
との組み合わせを含有せしめたのは、Ｃａと、Ｙ、Ｙｂ
等の希土類元素を共存させて液相を生じさせるためであ
る。
との組み合わせを含有せしめたのは、Ｃａと、Ｙ、Ｙｂ
等の希土類元素を共存させて液相を生じさせるためであ
る。
【００１９】そして、その量をそれぞれペロブスカイト
型複合酸化物１００重量部に対して０．０１〜２．０重
量部としたのは、Ｃａと、Ｙ、Ｙｂ等の希土類元素がそ
れぞれ酸化物換算で０．０１重量部よりも少ない場合に
は焼結性が低下するからであり、２．０重量部よりも多
い場合には、還元雰囲気中での材料の安定性が悪くなり
分解するからである。Ｃａと、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、
Ｎｄ、ＤｙおよびＰｒのうち少なくとも一種は、ペロブ
スカイト型複合酸化物１００重量部に対して酸化物換算
で０．１〜１．０重量部の範囲が望ましい。特には、Ｃ
ａとＹとの組み合わせが望ましい。
型複合酸化物１００重量部に対して０．０１〜２．０重
量部としたのは、Ｃａと、Ｙ、Ｙｂ等の希土類元素がそ
れぞれ酸化物換算で０．０１重量部よりも少ない場合に
は焼結性が低下するからであり、２．０重量部よりも多
い場合には、還元雰囲気中での材料の安定性が悪くなり
分解するからである。Ｃａと、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、
Ｎｄ、ＤｙおよびＰｒのうち少なくとも一種は、ペロブ
スカイト型複合酸化物１００重量部に対して酸化物換算
で０．１〜１．０重量部の範囲が望ましい。特には、Ｃ
ａとＹとの組み合わせが望ましい。
【００２０】本発明の導電性セラミックスでは、大きな
電気伝導性を持たせる観点と、還元雰囲気中での材料の
膨張を小さくする観点から、ＭｇのＣｒに対する置換比
率としては原子比で５〜３５原子％まで、特に１０〜２
０原子％までが優れる。また、本発明によれば、本発明
による作用効果に影響を与えない範囲で、Ｃｒの一部を
Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅなどにより置換することもでき
るが、具体的な置換比率はＣｒに対して３０原子％以
下、特に１０原子％以下が好ましい。
電気伝導性を持たせる観点と、還元雰囲気中での材料の
膨張を小さくする観点から、ＭｇのＣｒに対する置換比
率としては原子比で５〜３５原子％まで、特に１０〜２
０原子％までが優れる。また、本発明によれば、本発明
による作用効果に影響を与えない範囲で、Ｃｒの一部を
Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅなどにより置換することもでき
るが、具体的な置換比率はＣｒに対して３０原子％以
下、特に１０原子％以下が好ましい。
【００２１】また、本発明の導電性セラミックスは、そ
の結晶組織としては、少なくともＬａ、ＣｒおよびＭｇ
を元素とするペロブスカイト型複合酸化物を主結晶相と
するもので、主結晶相の粒界に、液相形成成分としてＣ
ａと、Ｙ等の希土類元素が存在している。Ｃａや、Ｙ等
の希土類元素はペロブスカイト型複合酸化物中に少々固
溶する場合もある。
の結晶組織としては、少なくともＬａ、ＣｒおよびＭｇ
を元素とするペロブスカイト型複合酸化物を主結晶相と
するもので、主結晶相の粒界に、液相形成成分としてＣ
ａと、Ｙ等の希土類元素が存在している。Ｃａや、Ｙ等
の希土類元素はペロブスカイト型複合酸化物中に少々固
溶する場合もある。
【００２２】また、主結晶相の他にＭｇの置換比率が３
０原子％を越えるとＭｇＯが析出する場合があり、さら
にまた、焼結温度が１５００℃付近を越えるとＣａと、
Ｙ、Ｙｂ等の希土類元素の化合物が析出する場合がある
が、本発明の範囲においては電気伝導度は充分大きな値
を有する。
０原子％を越えるとＭｇＯが析出する場合があり、さら
にまた、焼結温度が１５００℃付近を越えるとＣａと、
Ｙ、Ｙｂ等の希土類元素の化合物が析出する場合がある
が、本発明の範囲においては電気伝導度は充分大きな値
を有する。
【００２３】本発明の導電性セラミックスは、例えば、
Ｌａ、Ｃｒ、Ｍｇの酸化物あるいは炭酸塩を、混合粉砕
を行った後、１０００〜１４００℃で仮焼処理後ＡＢＯ
3 型ペロブスカイト型複合酸化物を作製し、このＡＢＯ
3 型ペロブスカイト型複合酸化物に、Ｃａの酸化物ある
いは炭酸塩と、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｄｙおよ
びＰｒのうち少なくとも一種の酸化物あるいは炭酸塩と
を、上記ペロブスカイト型複合酸化物１００重量部に対
して、酸化物換算でそれぞれ０．０１〜２．０重量部添
加し、混合粉砕を行った後、これを所定の形状に成形
し、大気などの酸化性雰囲気中で１３００〜１７００℃
で２〜５時間程度焼成することにより得られる。かかる
焼成によれば、主結晶相の平均粒径は１〜２０μｍのも
のが得られる。尚、焼結を促進させるという点から、酸
化性雰囲気における酸素分圧は、１０-3気圧以上とする
のが良い。
Ｌａ、Ｃｒ、Ｍｇの酸化物あるいは炭酸塩を、混合粉砕
を行った後、１０００〜１４００℃で仮焼処理後ＡＢＯ
3 型ペロブスカイト型複合酸化物を作製し、このＡＢＯ
3 型ペロブスカイト型複合酸化物に、Ｃａの酸化物ある
いは炭酸塩と、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｄｙおよ
びＰｒのうち少なくとも一種の酸化物あるいは炭酸塩と
を、上記ペロブスカイト型複合酸化物１００重量部に対
して、酸化物換算でそれぞれ０．０１〜２．０重量部添
加し、混合粉砕を行った後、これを所定の形状に成形
し、大気などの酸化性雰囲気中で１３００〜１７００℃
で２〜５時間程度焼成することにより得られる。かかる
焼成によれば、主結晶相の平均粒径は１〜２０μｍのも
のが得られる。尚、焼結を促進させるという点から、酸
化性雰囲気における酸素分圧は、１０-3気圧以上とする
のが良い。
【００２４】尚、例えば、Ｌａ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ
の酸化物あるいは炭酸塩を、混合粉砕を行った後、１０
００〜１４００℃で仮焼処理後ＡＢＯ3 型ペロブスカイ
ト型複合酸化物を作製し、これを０．１〜５μｍの大き
さの粒子に粉砕したものを所定の形状に成形した後、大
気中などの酸化性雰囲気中で焼成しても良い。
の酸化物あるいは炭酸塩を、混合粉砕を行った後、１０
００〜１４００℃で仮焼処理後ＡＢＯ3 型ペロブスカイ
ト型複合酸化物を作製し、これを０．１〜５μｍの大き
さの粒子に粉砕したものを所定の形状に成形した後、大
気中などの酸化性雰囲気中で焼成しても良い。
【００２５】本発明における導電性セラミックスは、例
えば、燃料電池セルにおけるセパレ−タやインタ−コネ
クタなど集電材として好適に使用される。そこで、図１
に平板型燃料電池セルの典型的な構造を示す。図１によ
れば、Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 などからなる板状の固体
電解質１の上面には、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3 や（Ｌ
ａ，Ｃａ）ＭｎＯ3 などからなる空気極２が、また下面
にはＮｉ−ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 含有）サーメットなどか
らなる燃料極３が形成され、これを単セルとしてセル間
を接続する部材として集電部材４（セパレータ）が配置
されている。
えば、燃料電池セルにおけるセパレ−タやインタ−コネ
クタなど集電材として好適に使用される。そこで、図１
に平板型燃料電池セルの典型的な構造を示す。図１によ
れば、Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 などからなる板状の固体
電解質１の上面には、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3 や（Ｌ
ａ，Ｃａ）ＭｎＯ3 などからなる空気極２が、また下面
にはＮｉ−ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 含有）サーメットなどか
らなる燃料極３が形成され、これを単セルとしてセル間
を接続する部材として集電部材４（セパレータ）が配置
されている。
【００２６】かかるセルにおいては、空気極２は、大気
などの酸素含有ガスが、燃料極３には水素ガスなどが接
触し、空気極２および燃料極３のいずれも多孔質材料に
より構成されるが、集電部材４は、その片面は酸素含有
ガスと接触し、片方は水素ガスと接触しこれらを完全に
分離する役割を有することから、高緻密質、高電気伝導
性を有することが要求される。本発明の導電性セラミッ
クスは、この集電部材４として最も好適に使用される。
などの酸素含有ガスが、燃料極３には水素ガスなどが接
触し、空気極２および燃料極３のいずれも多孔質材料に
より構成されるが、集電部材４は、その片面は酸素含有
ガスと接触し、片方は水素ガスと接触しこれらを完全に
分離する役割を有することから、高緻密質、高電気伝導
性を有することが要求される。本発明の導電性セラミッ
クスは、この集電部材４として最も好適に使用される。
【００２７】また、円筒型燃料電池セルにおいても、本
発明の導電性セラミックスを、セル間を接続するための
集電部材（インターコネクタ）材料として用いることが
できる。
発明の導電性セラミックスを、セル間を接続するための
集電部材（インターコネクタ）材料として用いることが
できる。
【００２８】前述した導電性セラミックスは、前述した
通り、高緻密体であるとともに、電気伝導度、特に燃料
電池の作動時（約１０００℃）における電気伝導度が１
５ｓ／ｃｍ以上と高いことから、集電部材が要求される
特性を十分に満足するものである。しかも、この導電性
セラミックスは、水素に対する耐久性に優れることから
長期安定性に優れることも集電部材として好適な１つの
理由である。
通り、高緻密体であるとともに、電気伝導度、特に燃料
電池の作動時（約１０００℃）における電気伝導度が１
５ｓ／ｃｍ以上と高いことから、集電部材が要求される
特性を十分に満足するものである。しかも、この導電性
セラミックスは、水素に対する耐久性に優れることから
長期安定性に優れることも集電部材として好適な１つの
理由である。
【００２９】
実施例１ 市販の純度９９．９％のＬａ2 Ｏ3 、ＭｇＣＯ3 、Ｃｒ
2 Ｏ3 粉末を用いて、これらを表１に示す割合で混合し
た後、ジルコニアボールを用いたボールミルにて１２時
間混合した後、１２００℃で５時間仮焼して固相反応を
行わせ、ペロブスカイト型複合酸化物粉末を作製した。
この後、さらにこのペロブスカイト型複合酸化物粉末１
００重量部に対して、市販の純度９９．９％のＣａＣＯ
3 粉末と、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓｍ2 Ｏ3 、Ｓｃ2
Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 、ＰｒＯ粉末を表１に示す量だけ添加
し、再度ジルコニアボールを用いて１０時間混合粉砕し
た。これを一辺が５ｍｍ×５ｍｍ、長さ４５ｍｍの四角
柱に成形し、大気中（酸素分圧０．２気圧）で表１に示
す条件で焼成した。
2 Ｏ3 粉末を用いて、これらを表１に示す割合で混合し
た後、ジルコニアボールを用いたボールミルにて１２時
間混合した後、１２００℃で５時間仮焼して固相反応を
行わせ、ペロブスカイト型複合酸化物粉末を作製した。
この後、さらにこのペロブスカイト型複合酸化物粉末１
００重量部に対して、市販の純度９９．９％のＣａＣＯ
3 粉末と、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓｍ2 Ｏ3 、Ｓｃ2
Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 、ＰｒＯ粉末を表１に示す量だけ添加
し、再度ジルコニアボールを用いて１０時間混合粉砕し
た。これを一辺が５ｍｍ×５ｍｍ、長さ４５ｍｍの四角
柱に成形し、大気中（酸素分圧０．２気圧）で表１に示
す条件で焼成した。
【００３０】得られた焼結体に対して、アルキメデス法
により試料の開気孔率の測定を行い、焼結性を判断し
た。また、大きさ３ｍｍ×３ｍｍ、長さ２０ｍｍの試料
片を上記のようにして作製し、４端子法により大気中１
０００℃で電気伝導度を測定した。また、これらの試料
の水素雰囲気安定性を調べるために、１０００℃で水素
雰囲気中に２４時間保持した後、試料の表面に全く変化
はなかったものに○、表面に分解が認められたものに×
を付した。これらの結果を表１に示した。
により試料の開気孔率の測定を行い、焼結性を判断し
た。また、大きさ３ｍｍ×３ｍｍ、長さ２０ｍｍの試料
片を上記のようにして作製し、４端子法により大気中１
０００℃で電気伝導度を測定した。また、これらの試料
の水素雰囲気安定性を調べるために、１０００℃で水素
雰囲気中に２４時間保持した後、試料の表面に全く変化
はなかったものに○、表面に分解が認められたものに×
を付した。これらの結果を表１に示した。
【００３１】比較のために、市販のＬａＭｇ0.10Ｃｒ
0.90の粉末を２０００℃、Ａｒ中で３時間焼成し、上記
の方法に従い開気孔率と電気伝導度を測定した。この結
果を表１の試料Ｎo.１に記載する。
0.90の粉末を２０００℃、Ａｒ中で３時間焼成し、上記
の方法に従い開気孔率と電気伝導度を測定した。この結
果を表１の試料Ｎo.１に記載する。
【００３２】
【表１】
【００３３】この表１より、ＣａとＹ、Ｙｂ等の希土類
元素の含有量が０．０１重量部より少ない試料Ｎo.２で
は、開気孔率が大きく焼結性が悪い。それに対して、試
料Ｎo.７のようにその含有量が２．０重量％を越えると
水素雰囲気中で分解が始まり、燃料電池セルのセパレー
タ等に用いることができない。本発明のものは、すべて
電気伝導性が１６ｓ／ｃｍ以上と高く、還元雰囲気中で
の材料の安定も充分優れていることが判る。
元素の含有量が０．０１重量部より少ない試料Ｎo.２で
は、開気孔率が大きく焼結性が悪い。それに対して、試
料Ｎo.７のようにその含有量が２．０重量％を越えると
水素雰囲気中で分解が始まり、燃料電池セルのセパレー
タ等に用いることができない。本発明のものは、すべて
電気伝導性が１６ｓ／ｃｍ以上と高く、還元雰囲気中で
の材料の安定も充分優れていることが判る。
【００３４】実施例２ 上記実施例１中のＮo.１、２、４、５、８、１６の試料
を用いて、図１に示した構造の大きさ５０ｍｍ×５０ｍ
ｍ、厚み３ｍｍのセパレータを作製した。このセパレー
タの平均結晶粒径は４〜１０μｍであった。また、市販
の純度９９．９％の８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 −９２ｍｏｌ％
ＺｒＯ2 粉末を用い、理論密度比９９．３％の緻密な厚
み０．２５ｍｍの固体電解質板を作製した。この下面に
３０μｍの厚みに７０ｗｔ％ＮｉＯー３０ｗｔ％ジルコ
ニア（８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 を含有）の混合粉末を塗布
し、１４００℃で２時間焼き付け燃料極とした。
を用いて、図１に示した構造の大きさ５０ｍｍ×５０ｍ
ｍ、厚み３ｍｍのセパレータを作製した。このセパレー
タの平均結晶粒径は４〜１０μｍであった。また、市販
の純度９９．９％の８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 −９２ｍｏｌ％
ＺｒＯ2 粉末を用い、理論密度比９９．３％の緻密な厚
み０．２５ｍｍの固体電解質板を作製した。この下面に
３０μｍの厚みに７０ｗｔ％ＮｉＯー３０ｗｔ％ジルコ
ニア（８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 を含有）の混合粉末を塗布
し、１４００℃で２時間焼き付け燃料極とした。
【００３５】その後、固体電解質板の上面にＬａ0.9 Ｓ
ｒ0.1 ＭｎＯ3 粉末を３０μｍの厚みに塗布し、１２０
０℃で２時間焼き付けし、空気極とした。これを上記の
セパレータで挟み空気極側に酸素ガスを、燃料極側に水
素ガスを流し１０００℃で４００時間連続発電し、発電
時の出力密度を測定し、その結果を表２に示した。
ｒ0.1 ＭｎＯ3 粉末を３０μｍの厚みに塗布し、１２０
０℃で２時間焼き付けし、空気極とした。これを上記の
セパレータで挟み空気極側に酸素ガスを、燃料極側に水
素ガスを流し１０００℃で４００時間連続発電し、発電
時の出力密度を測定し、その結果を表２に示した。
【００３６】
【表２】
【００３７】この表２より、比較例である試料Ｎo.１９
の出力は極めて小さかった。また、試料Ｎo.２３では途
中でセルが破壊した。これに対して、本発明の試料Ｎ
ｏ．２０、２１、２２は安定した発電特性を示すことが
判った。
の出力は極めて小さかった。また、試料Ｎo.２３では途
中でセルが破壊した。これに対して、本発明の試料Ｎ
ｏ．２０、２１、２２は安定した発電特性を示すことが
判った。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、Ｌ
ａＣｒＯ3 系組成物における焼結性を改善し、高電気伝
導度を有するとともに１６００℃以下の低温で高緻密体
を作製することができる。しかも、高温の水素雰囲気で
の安定性に優れるものであり、例えば、燃料電池などの
水素と接触するインターコネクタ、セパレータ、ガスデ
ィフューザなどの集電部材として好適に使用することに
より、安価でしかも燃料電池としての長期安定性に対応
できる電極材料を提供できる。
ａＣｒＯ3 系組成物における焼結性を改善し、高電気伝
導度を有するとともに１６００℃以下の低温で高緻密体
を作製することができる。しかも、高温の水素雰囲気で
の安定性に優れるものであり、例えば、燃料電池などの
水素と接触するインターコネクタ、セパレータ、ガスデ
ィフューザなどの集電部材として好適に使用することに
より、安価でしかも燃料電池としての長期安定性に対応
できる電極材料を提供できる。
【図１】平板型燃料電池セルの概略図である。
１・・・固体電界質 ２・・・空気極 ３・・・燃料極 ４・・・集電部材
Claims (1)
- 【請求項１】金属元素としてＬａ、ＣｒおよびＭｇを含
み、ペロブスカイト型複合酸化物を主結晶相とし、前記
ペロブスカイト型複合酸化物１００重量部に対して、Ｃ
ａと、Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｎｄ、ＤｙおよびＰｒの
うち少なくとも一種を酸化物換算でそれぞれ０．０１〜
２．０重量部含有することを特徴とする導電性セラミッ
クス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9234627A JPH1179836A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 導電性セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9234627A JPH1179836A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 導電性セラミックス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1179836A true JPH1179836A (ja) | 1999-03-23 |
Family
ID=16974008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9234627A Pending JPH1179836A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 導電性セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1179836A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114105629A (zh) * | 2020-08-27 | 2022-03-01 | 厦门稀土材料研究所 | 一种铬酸稀土基多孔导电高熵陶瓷的制备方法及应用 |
-
1997
- 1997-08-29 JP JP9234627A patent/JPH1179836A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114105629A (zh) * | 2020-08-27 | 2022-03-01 | 厦门稀土材料研究所 | 一种铬酸稀土基多孔导电高熵陶瓷的制备方法及应用 |
| CN114105629B (zh) * | 2020-08-27 | 2023-04-07 | 厦门稀土材料研究所 | 一种铬酸稀土基多孔导电高熵陶瓷的制备方法及应用 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050208 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050215 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050415 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060320 |