2005 Fiscal Year Annual Research Report

パノスコピック形態制御された希土類系酸化物固体電解質の創製と応用

Research Project

Project/Area Number	16080220
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	棚瀬繁雄独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門電池システム連携研究体, 主任研究員 (20357461)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	岩佐美喜男独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門電池システム連携研究体, 主任研究員 (00356528) 境哲男独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門電池システム連携研究体, 体長 (20357081)
Keywords	希土類 / 酸化物 / 固体電解質 / セラミックス / 酸化セリウム / 酸化ジルコニウム / 電池 / 応用
Research Abstract	ランタンを含むケイ酸アパタイトやセリア(CeO2)などをベースとする材料は、電極との両立性、資源や価格などの点で優れているため、従来の材料に代わるものとして期待されているが、原料粉末の焼結性、還元雰囲気での電子導電性の発現や材料の還元膨張などが実用化の壁になっている。そこで、ケイ酸アパタイトやセリア系複合酸化物の焼結体について、新規材料としての可能性を評価するとともに、新しい製造方法や従来と異なる材料組織の導入を検討した。ケイ酸アパタイト系複合酸化物は、酸化ランタン(La2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)を所定量秤量し、1300℃で16時間仮焼した。次に仮焼後の粉末を成形し、1600℃で4時間焼成した。その後成形体を粉砕し、再び成形して1750℃で4時間焼成し焼結体を得た。得られた焼結体について、導電率測定や輸率測定などを行った。セリア系の複合酸化物は、混合希土酸化物で、その組成は、La2O3(26.7w/o)、CeO2(55.0w/o)、Pr6O11(4.7w/o)、Nd2O3(12.6w/o)、Sm2O3(0.8w/o)、CaO(0.2w/o)であった。その粉末を100MPaの圧力で成形し、1650℃で10時間、空気中で焼成し焼結体を得た。得られた焼結体について、導電率測定や輸率測定などを行った。 (CeO2)0.9(GdO1.5)0.1(Gadolinium Doped Ceria : GDC)については、所定量の硝酸セリウムと硝酸ガドリニウムを水に溶解したものに炭酸アンモニウムの水溶液を加えて生成する炭酸塩の沈殿を濾過、洗浄、乾燥(150℃、20時間)、仮焼(900℃、2時間)して、GDCの粉末を得た。この粉末を水に分散し、乾燥・造粒した。得られたGDCの造粒粉には、更にその表面にYSZ粉末(東ソー、TZ-8YS)を被覆した。また、その被覆粉末は、5×25mmや直径20mmの金型を使って100MPaの圧力で成形し、電気炉を使って1400℃で2時間焼成した。得られた焼結体について、導電率の測定などを行った。以上の結果から、マグネシウムを添加したケイ酸ランタンは、800℃以下の温度でYSZより高い導電率を有し、中温型の固体酸化物型燃料電池(SOFC)用の電解質として、また、混合希土酸化物は、YSZに匹敵する導電性を示し、従来型のSOFC用の電解質として使えることが分った。更に、造粒/コーティングされた粒子を用いるとセリアの粒子をYSZが取り囲むような組織の導入が可能であることが分った。上記の研究成果については、論文発表等を行い、成果の普及に努めた。