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高温型燃料電池用電解質タイルは、電解質としての混合炭酸塩(炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム)と、高温(約650℃)で溶融状態となる炭酸塩を保持する担体物質から成り、その形状安定性および耐久性は、担体物質の微構造と化学安定性および炭酸塩含有量によって大きく影響されることが明らかとなった。
このため、担体物質として炭酸塩と反応し難いアルミン酸リチウム、チタン酸リチウムおよびジルコン酸リチウムを選び、それぞれ合成条件を検討し、担体としての最適条件を決めた。さらに合成した担体物質に混合炭酸塩を担持させて電解質タイルとする製造プロセスについて、混合法および含浸法と両方法の特長を生かした部分混合法を検討した。
この結果、所定の混合炭酸塩の中から融点の低い炭酸リチウムの全部または一部を除き、予め混合法で多孔質焼結体を作り、これに除いた分の炭酸リチウムを含浸させる部分混合法は、担体物質の骨格形成が良好で、いずれの場合も変形の少ないタイルを作製することが出来た。
担体物質としては、一般に使用されているアルミン酸リチウムと共にチタン酸リチウムおよびジルコン酸リチウムを用い、それぞれ混合法、含浸法、部分混合法により作製した電解質タイルについて、その形状、密度、気孔率、微構造を比較し、さらに硬度、電気伝導度の測定および、燃料電池の作動温度である650℃で1000時間までの加熱試験を行った。その結果、チタン酸リチウムを担体として部分混合法で作製した電解質タイルが電池の作動条件における耐久性に優れていることから、チタン酸リチウムが従来から使用されているアルミン酸リチウムに代わり得る担体物質として期待出来ることが明らかとなった。
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