1999 Fiscal Year Annual Research Report

燃料電池用固体電解質としての希土類安定化セリアの合成と性質

Research Project

Project/Area Number	09650926
Research Institution	Kagoshima University
Principal Investigator	平田好洋鹿児島大学, 工学部, 教授 (80145458)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	鮫島宗一郎鹿児島大学, 工学部, 助手 (00274861)
Keywords	セリア / 希土類元素 / 固体電解質 / 燃料電池 / 酸素イオン導電体
Research Abstract	安定化ジルコニアに代わる固体電解質材料として希土類固溶セリアを取り上げ、粉体合成、合成粉体の焼結性、焼結体の電気的、力学的、熱的性質を検討した。硝酸セリウムと希土類元素の硝酸塩を原料とし、希土類元素を20mol%含む混合水溶液(0.2M)をシュウ酸水溶液(0.4M)へ滴下する、シュウ酸塩共沈法で希土類の固溶したシュウ酸セリウムが得られた。生成したシュウ酸塩を空気中、600℃で熱分解し希土類固溶セリア粉体(Ce0.8R0.2O1.9,R=Yb,Y,Gd,Sm,Nd,La)を得た。シュウ酸塩および酸化物の粒径はシュウ酸塩濃度0.4Mで極小となった。希土類固溶セリアの一次粒子は24-63nmであった。乾式成形後、1600℃で焼成すると相対密度98%以上に緻密化した。焼結体のメディアン径は4.7〜7.6μmで、添加した希土類元素のイオン半径が大きいと大きくなった。いずれの希土類元素も粒子内に均一に固溶していること、粒界に非晶質あるいは第2相は存在しないことが確認され、イオン電導体として好ましい組織であることがわかった。焼結体の800℃での電導度は6.7〜14.0S・m^<-1>で、固溶した希土類イオンの影響は小さかった。酸素イオンの拡散の活性化エネルギーはイオン半径の小さいY、Ybの固溶体では大きく、Gd、Sm、Nd、Laの固溶体では小さくなった。電導度から計算した酸素イオンの自己拡散係数とトレーサー法の実測値は、Yを除きよく一致し、電気伝導が酸素イオンの拡散によることが示された。湿式成形後、1600℃で焼結したSm固溶セリア(相対密度98.8%)のヤング率は158-178GPa、4点曲げ強度は53-81MPaで、ワイブル係数は9.1であった。CeO2の熱膨張係数(25-900℃)は11.8x10^<-6>K^<-1>、希土類固溶セリアでは11.4-12.2x10^<-6>K^<-1>であり、両者の値は近いものであった。

Research Products

(8 results)

All Other

All Publications (8 results)

[Publications] S.Sameshima et al.: "Powder Preparation and Sintering of Rare Earth-doped Ceria"Proceedings of The 2nd International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies. Symp.20. 2-7 (1999)
[Publications] N.Sakai et al.: "Determination of Hydrogen Solubility in Oxide Ceramics by Using SIMS Analyses"Solid State Ionics. 125. 325-331 (1999)
[Publications] K.Higashi et al.: "Characterization of Rare Earth-doped Ceria Powder Derived from Oxalate Coprecipitate"Key Engineering Materials. 159-160. 25-30 (1999)
[Publications] K.Sonoda et al.: "Surface Properties and Aqueous Processing of Rare Earth-doped Ceria Powders by Coprecipitation Method"Key Engineering Materials. 159-160. 169-174 (1999)
[Publications] K.Higashi et al.: "Synthesis and Sintering of Rare Earth-doped Ceria Powder by Oxalate Coprecipitation Method"Journal of Materials Research. 14. 957-967 (1999)
[Publications] Y.Hirata et al.: "Microstructure and Electrical Conductivity of Rare Earth-doped-Ceria"Ceramic Transactions. 92. 137-148 (1999)
[Publications] S.Sameshima et al.: "Sintering and Grain Growth of Rare Earth-doped Ceria Particles"Proceedings of The 3rd Nano Ceramic Forum and The 2nd International Symposium on Intermaterials. 163-166 (1999)
[Publications] S.Sameshima et al.: "Thermal and Mechanical Properties of Rare Earth-doped Ceria Ceramics"Materials Chemistry and Physics. 61. 31-35 (1999)

1999 Fiscal Year Annual Research Report

燃料電池用固体電解質としての希土類安定化セリアの合成と性質

Principal Investigator

平田 好洋 鹿児島大学, 工学部, 教授 (80145458)

Research Products

[Publications] S.Sameshima et al.: "Powder Preparation and Sintering of Rare Earth-doped Ceria"Proceedings of The 2nd International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies. Symp.20. 2-7 (1999)

[Publications] N.Sakai et al.: "Determination of Hydrogen Solubility in Oxide Ceramics by Using SIMS Analyses"Solid State Ionics. 125. 325-331 (1999)

[Publications] K.Higashi et al.: "Characterization of Rare Earth-doped Ceria Powder Derived from Oxalate Coprecipitate"Key Engineering Materials. 159-160. 25-30 (1999)

[Publications] K.Sonoda et al.: "Surface Properties and Aqueous Processing of Rare Earth-doped Ceria Powders by Coprecipitation Method"Key Engineering Materials. 159-160. 169-174 (1999)

[Publications] K.Higashi et al.: "Synthesis and Sintering of Rare Earth-doped Ceria Powder by Oxalate Coprecipitation Method"Journal of Materials Research. 14. 957-967 (1999)

[Publications] Y.Hirata et al.: "Microstructure and Electrical Conductivity of Rare Earth-doped-Ceria"Ceramic Transactions. 92. 137-148 (1999)

[Publications] S.Sameshima et al.: "Sintering and Grain Growth of Rare Earth-doped Ceria Particles"Proceedings of The 3rd Nano Ceramic Forum and The 2nd International Symposium on Intermaterials. 163-166 (1999)

[Publications] S.Sameshima et al.: "Thermal and Mechanical Properties of Rare Earth-doped Ceria Ceramics"Materials Chemistry and Physics. 61. 31-35 (1999)

平田好洋鹿児島大学, 工学部, 教授 (80145458)