新規な酸化物イオン導電性固体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的研制及其在高温固体电解质燃料电池中的应用

• 批准号: 08229230
• 负责人: 池田 章一郎
• 金额: $ 1.41万
• 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: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08229230/
• 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; 希土類元素; 酸化カルシウム; 酸化ランタン

高温固体電解質型燃料電池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。M_2O_3-CaO(M:Y,La,Gd,Dy)系およびLa_<2-X>-Sr_XMgZrO_<6-1/2X>系をゾル-ゲル法で合成し、焼結後その特性を検討した。金属酢酸塩または硝酸塩を所定の組成比で秤り取り、少量の蒸留水で溶解し、12時間攪拌後アンモニア水を添加しpH調整しゲル化させた。70℃で2〜3日間の予備乾燥後、100℃、300℃、900℃で各6時間仮焼した。微粉砕後-100meshふるいを通過したものを、直径13mm、厚さ1〜2mmの円板状に8ton/cm^2で静水圧プレスにより成型した。空気中で1350℃で、8時間焼成した。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交流インピーダンス測定から全導電率を求め、空気-酸素濃淡電池、水素-空気燃料電池の起電力から酸化物イオン輸率を測定した。粉末法X線回折(XRD)により、生成物の相と結晶構造を検討した。XRDにより、作製試料は2成分金属酸化物の単純混合相(M_2O_3-CaO)か、ランタニド酸化物の固溶体とCaOの混合相(M_<2-X>Ca_XO_<3-X/2>-CaO)であることがわかった。各系の空気中で測定した500℃以上での導電率はLa_2CaO_4>Dy_2CaO_4>Gd_2-CaO_4>Y_2CaO_4の順になり、800℃での値はそれぞれ1.34×10^<-4>,2.91×10^<-5>,1.12×10^<-5>,8.54×10^<-7>S/cmであった。導電の活性化エネルギーは600〜900℃の範囲でそれぞれ81.6,109,87.8,156kJ/molであった。La_2CaO_4の酸化物イオン輸率は、低酸素雰囲気となる水素-空気燃料電池の起電力からはほぼ1であった。ペロブスカイト構造をとることが報告されているLa_2Mg-ZrO_6をゾル-ゲル法で合成し、さらにLa^<3+>の一部をSr^<2+>で置換し、酸素空孔を導入したLa_<2-X>-Sr_XMgZrO_<6-1/2X>系試料を作製し、導電率測定の結果、La_2MgZrO_6の導電率はかなり小さかったが、Sr^<2+>の置換により向上がみられた。XRDで、この系はXの広い範囲でペロブスカイト構造をとることがわかった。

Solid electrolyte for high temperature solid electrolyte fuel cells: stability, easy sintering, high acidity, conductivity, development of new solid electrolyte M_2O_3-CaO(M:Y,La,Gd,Dy) system and La_<2-X>-Sr_XMgZrO_&lt;6-1/2X&gt; system were synthesized by a simple method. The metal anhydride is dissolved in a small amount of distilled water and stirred for 12 hours. The pH of the solution is adjusted. 70℃ for 2 ~ 3 days after preparation drying, 100℃, 300℃, 900℃ for 6 times each. After the powder is-100 mesh, it passes through the top of the plate, with a diameter of 13mm and a thickness of 1 ~ 2 mm. The static pressure is 8 tons/cm^2. The air temperature is 1350℃, and the temperature is 8 hours. The sintered body has a platinum surface. Frequency response characteristics of the instrument, AC temperature measurement, total conductivity measurement, air-acid cell, water-air fuel cell power generation, acid transfer rate measurement X-ray diffraction (XRD) of powder method is used to investigate the phase and crystal structure of products. XRD was used to prepare the pure mixed phase (M_2O_3-CaO) of two-component metal acid compound, and the mixed phase (M_<2-X>Ca_XO_&lt;3-X/2&gt;-CaO) of CaO solid solution of two-component metal acid compound. The conductivity of La_2CaO_4&gt;Dy_2CaO_4&gt;Gd_2-CaO_4&gt;Y_2CaO_4 was measured above 500℃, and the conductivity of La_2CaO_4&gt;Dy_2CaO_4&gt;Gd_2-CaO_4&gt;Y_2CaO_4 was measured at 800℃, and the conductivity was measured at 1.34×10^<-4>, 2.91 ×10^<-5>, 1.12 ×10^<-5>, 8.54 ×10^<-7>S/cm. The conductivity of the active material is 81.6, 109, 87.8, 156kJ/mol at 600 ~ 900℃. La_2CaO_4 acidified fuel cells have low power transmission and low acidity. La_2Mg-ZrO_6 was synthesized by the solid-liquid method, and Sr^&lt;2+&gt; was substituted in part of La^&lt;3+&gt;. La_<2-X>-Sr_XMgZrO_&lt;6-1/2X&gt; samples were prepared by introducing acid into pores. The results of conductivity measurement were reported. The conductivity of La_2MgZrO_6 was changed from small to small. Sr^&lt;2+&gt; was replaced upward. XRD, this system has a wide range of applications and is now ready to be constructed.