新規酸化物イオン導電性固体電解質の開発と高温固体電解質燃料電池への応用

新型氧化物离子导电固体电解质的研制及其在高温固体电解质燃料电池中的应用

• 批准号: 07239230
• 负责人: 池田 章一郎
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07239230/
• 关键词: 固体電解質; 酸化物イオン導電体; 燃料電池; ペロブスカイト型構造; ランタニド元素; ゾル-ゲル法

高温固体電解質型燃料電池(SOFC)用固体電解質として、安定化ジルコニアに代わる、易焼結性で、高い酸化物イオン導電性を示す、新規な固体電解質の開発を行った。まず、一連の既存酸化物、酸素酸塩等の見直し、ペロブスカイト型等をとると予想される各種複合酸化物をゾル-ゲル法を利用して合成し、焼結体の調製とその酸化物イオン導電率の測定、高温燃料電池の固体電解質としての適合性を検討した。ペロブスカイト型(例えばLn-Mx-My-O系(Ln=Y,La,Ce等,Mx=Sr,Ca,Mg,My=Mg,Zn,Mn等)の結晶構造を持つと予想される新規な酸素酸塩類や複合酸化物を主として1:2:3:7の組成比で検討した。またLn_2MxO_4(K_2NiF_4型構造)の組成でも行った。0.1mol/dm^3の金属酢酸塩を所定比で混合し、pH6.8に調節し、12時間撹拌後、70℃の乾燥器で2〜3日の予備乾燥、110℃で6時間の減圧乾燥、600〜900℃で6〜12時間仮焼後、微粉砕し、100meshを通過したものを、0.5ton/cm^2で仮成型後、5ton/cm^2で静水圧プレスにより直径約12mm、厚さ約1〜2mmの円板状に成型した。既存炉または本年購入した高温炉で、空気中種々の温度(最高1600℃)で焼結した。焼結体の両面に白金ペーストを焼き付け導電率および輸率測定試料とした。周波数応答特性測定器による試料の交流インピーダンス測定とCole-Coleプロットから、バルク導電率・界面インピーダンス等を求め、全導電率の評価をした。酸素-水素電池または酸素濃淡電池の起電力から作製試料の酸化物イオン輸率の測定を行った。La_2CaO_4(1250℃)の空気雰囲気中とAr雰囲気中で測定した全導電率は、700℃でそれぞれ6.4×10^<-4>と4.4×10^<-4>Scm^<-1>であった。1500℃焼結体の酸素-水素電池の起電力から求めた酸化物イオン輸率は0.96〜0.99であった。

Solid electrolyte for high temperature solid electrolyte fuel cell (SOFC) is characterized by high stability, high sintering property, high conductivity and new development. The present paper discusses the synthesis of various complex acids by using the complex method, the preparation of sintered bodies, the measurement of the conductivity of acids, and the suitability of solid electrolytes for high temperature fuel cells. The crystal structure of the Ln-Mx-My-O system (Ln=Y,La,Ce, etc.,Mx=Sr,Ca,Mg,My=Mg,Zn,Mn, etc.) is considered. The composition ratio of the acid and the complex acid is 1:2:3:7. The composition of Ln_2MxO_4(K_2NiF_4 type structure) was studied. 0.1 mol/dm^3 metal anhydride acid mixed at a certain ratio, pH 6.8 adjusted, stirred for 12 hours, 70℃ dryer for 2 ~ 3 days pre-drying, 110℃ for 6 hours reduced pressure drying, 600 ~ 900℃ for 6 ~ 12 hours after burning, fine powder, 100mesh through the first batch, 0.5 ton/cm^2 molded, 5 tons/cm^2 hydrostatic pressure, diameter about 12mm, About 1 ~ 2mm thick and plate-shaped molding. Existing furnace purchased this year, high temperature furnace, air medium temperature (maximum 1600℃), sintering The sintered body has a platinum surface. The frequency response characteristics of the sample are measured by the frequency response characteristics analyzer, and the total conductivity is evaluated. The starting power of the acid-water cell and the acid-water cell are used for the determination of the acid transfer rate of the sample. The total conductivity of La_2CaO_4(1250℃) was measured at 700℃<-4><-4><-1>. The starting power of acid-water battery sintered at 1500℃ was 0.96 ~ 0.99.