Gaを含む複合酸化物における高酸素イオン伝導性の発現と伝導機構の解明

酸素イオン伝導体は燃料電池を初め広範囲な応用分野を有する機能性材料である。現在、酸素イオン伝導体としては蛍石型酸化物が知られており、耐酸化還元性からY_2O_3安定化ZrO_2が専ら使用されてきた。しかし、Y_2O_3安定化ZrO_2の酸素イオン伝導性は低いので、さらに高い酸素イオン伝導性を有する材料の開発が望まれている。本研究ではさらに優れた酸素イオン伝導性を有する材料の開発を目的に従来の研究で高い酸素イオン伝導性を示したLa_<0.8>Sr_<0.2>Ga_<0.8>Mg_<0.2>O_3へのFe,Co,Niの添加効果を検討した。その結果、これらの遷移金属を添加するとわずかにホール伝導が顕著になるものの、酸素イオン伝導性は向上することがわかった。いずれの系も添加物が過剰になるとホール伝導が発現するが、添加量が微量の間はホール伝導の発現は顕著ではなく、最適の添加量はCo,Ni,Feでそれぞれ、8.5,7,3mol%であることが明らかになった。酸素の化学透過実験から添加物による酸素イオン伝導性の向上を検討したところ、電気化学的な測定結果と一致して、透過する酸素量は増加することが確認された。とくにCoの添加が酸素イオン伝導性の向上に有効であったので、Co系について詳細な検討を行った。その結果、^<18>Oを用いる酸素の自己拡散係数のも、電気化学的な測定結果とほぼ一致していることから、Co添加はLGaO_3の酸素イオン伝導性の向上に有効であることが確認された。紫外ー可視分光光度計の結果からLaGaO_3中で、Coは主に2価であり、酸素分圧の増加とともに、3価になることがわかった。そこで、Co添加による酸素イオン伝導性の向上は、移動度の向上によることがわかった。

酸素イオン伝導体は燃料電池を初め広範囲な応用分野を有する機能性材料である。現在、酸素イオン伝導体としては蛍石型酸化物が知られており、耐酸化還元性からY_2O_3安定化ZrO_2が専ら使用されてきた。しかし、Y_2O_3安定化ZrO_2の酸素イオン伝導性は低いので、さらに高い酸素イオン伝導性を有する材料の開発が望まれている。本研究ではさらに優れた酸素イオン伝導性を有する材料の開発を目的に従来の研究で高い酸素イオン伝導性を示したLa_<0.8>Sr_<0.2>Ga_<0.8>Mg_<0.2>O_3へのFe,Co,Niの添加効果を検討した。その結果、これらの遷移金属を添加するとわずかにホール伝導が顕著になるものの、酸素イオン伝導性は向上することがわかった。いずれの系も添加物が過剰になるとホール伝導が発現するが、添加量が微量の間はホール伝導の発現は顕著ではなく、最適の添加量はCo,Ni,Feでそれぞれ、8.5,7,3mol%であることが明らかになった。酸素の化学透過実験から添加物による酸素イオン伝導性の向上を検討したところ、電気化学的な測定結果と一致して、透過する酸素量は増加することが確認された。とくにCoの添加が酸素イオン伝導性の向上に有効であったので、Co系について詳細な検討を行った。その結果、^<18>Oを用いる酸素の自己拡散係数のも、電気化学的な測定結果とほぼ一致していることから、Co添加はLGaO_3の酸素イオン伝導性の向上に有効であることが確認された。紫外ー可視分光光度計の結果からLaGaO_3中で、Coは主に2価であり、酸素分圧の増加とともに、3価になることがわかった。そこで、Co添加による酸素イオン伝導性の向上は、移動度の向上によることがわかった。