2相から成る高速酸素イオン伝導性固体電解質の合成と評価

两相快速氧离子导电固体电解质的合成与评价

• 批准号: 09215229
• 负责人: 大瀧 倫卓
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 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: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09215229/
• 关键词: 固体電解質燃料電池; 混合電導体; セリア; 安定化ジルコニア; 電子ブロッキング; イオン輪率; 高分解能電子顕微鏡; Kirkendall viod

固体電解質燃料電池(SOFC)の実用化を目指して従来のジルコニア系電解質よりも200℃以上低温で作動可能と期待されるセリア系電解質が注目されているが、強還元条件下で生じる混合導電性の克服が課題となっている。本研究では、セリア-ジルコニア系など混合導電体と純イオン伝導体を組み合わせた2相固体電解質により、電子伝導経路を局所的に切断して純粋な高速酸素イオン伝導を引出す可能性を検討した。混合導電性電解質材料として、還元雰囲気下で電子伝導性を生じるCe0.8Sm0.2O1.9(SDC)、酸素雰囲気下でホール伝導性を生じるLa0.9Ca0.1AlO2.95(LCA)、電子・酸素イオン導電率がともに十分に高いLa0.6Sr0.4CoO3(LSC)を用いた。これらに純イオン伝導体を圧着して電子伝導を部分的に抑制した酸素濃淡電池の実験から、いずれの混合導電体でもアノード側のみの電子ブロックでほぼ理論値に近い開回路電圧を取り出すことができ、平均のイオン輸率はほぼ1が得られることがわかった。カソード側での電子ブロックの効果はほとんどないことから、界面での電極反応なども考慮する必要があると思われる。さらに、セリア-安定化ジルコニア系2相電解質の界面付近の高分解能TEM像から、ジルコニア相の界面から10nm程度までの領域では、多数の欠陥を生じつつセリア相と格子が整合するように結晶方位が偏向していた。SBM/EDX分析から、反応後は界面よりジルコニア側で組成が大きく変化しており、さらにセリア側ではKirkendall viodが生成するなど、セリア相中のCe原子が優先的に立方晶ジルコニア相へ拡散固溶するという非対称な物質移動が確認された。また、界面での生成相の導電率は母相よりも最大一桁以上低下していると予想され、このような高抵抗相の生成を抑制することが重要と考えられる。

为了实际应用固体电解质燃料电池（SOFC），凝胶电解质有望在200°C以上或低于传统的氧化锆电解质的温度下运行，但引起了人们的注意，但挑战是要克服在较强的还原条件下发生的混合电导率。在这项研究中，我们研究了将混合导体（如二氧化碳 - 旋转系统和纯离子导体）结合的两相固体电解质的可能性，局部切割了电子传导路径并提取纯高速氧气离子传导。作为混合导电电解质材料，CE0.8SM0.2O1.9（SDC）在还原气氛中产生电子电导率，LA0.9CA0.1ALO2.95（LCA），在氧气中产生孔电导率，在氧气中产生孔的电导率，并具有LA0.6SR0.4COO3（LSC）（LSC），并且使用了高度的Elect Elect and Elect and Electy and Electy。从将纯离子导体压接到这些电池的实验中，以部分抑制电子传导，发现对于任何混合导体，仅在阳极侧仅在电子块上获得几乎接近理论值的开路电压，并且可以获得大约1的平均离子运输速率。由于电子阻断对阴极侧的影响几乎不可用，因此认为有必要在界面上考虑电极反应。此外，从二氧化锆基于氧化锆的两相电解质的界面附近的高分辨率TEM图像中，从氧化锆相到约10 nm的区域中，晶体取向偏转，以便与陶器相匹配的晶状体均与许多缺陷相匹配。 SBM/EDX分析证实，在反应后，该组合物在氧化锆侧发生了显着变化，并且在二氧化碳侧产生了Kirkendall VIOD，从而使陶瓷相中的CE原子优先扩散到立方锆石相中。此外，预计界面处生成相的电导率最多比矩阵降低到一个数量级或更大，并且被认为抑制这种高电阻相的产生很重要。

项目成果

M.Ohtaki,M.Ozaki,K.Eguchi: "pO_2-Dependent Non-Ohmic Current-Voltage Characteristics and Current-Induced Redox Behavior of Junctioned SrTiO3" Journal of the Electrochemical Society. 145. 1165-1173 (1998)

M.Ohtaki、M.Ozaki、K.Eguchi：“pO_2 相关的非欧姆电流电压特性和结型 SrTiO3 的电流诱导氧化还原行为”电化学学会杂志。

K.Eguchi,H.Mitsuyasu,Y.Mishima,M.Ohtaki,H.Arai: "Power Generation Characteristics of SOFC with Ceria and Zicronia-based Electrolyte" Proceedings of the 5th International Symposiun on Solid Oxide Fuel Cells. 358-367 (1997)

K.Eguchi、H.Mitsuyasu、Y.Mishima、M.Ohtaki、H.Arai：“使用二氧化铈和二氧化锆基电解质的 SOFC 的发电特性”第五届国际固体氧化物燃料电池研讨会论文集。

K.Eguchi,H.Mitsuyasu,Y.Nonaka,M.Ohtaki: "Solid State Reaction between Y-doped Ceria and Y-stabilized Zirconia" Solid State Ionics. (印刷中). (1998)

K. Eguchi、H. Mitsuyasu、Y. Nonaka、M. Ohtaki：“Y 掺杂氧化铈和 Y 稳定氧化锆之间的固态反应”固态离子学（1998 年出版）。

Y.Mishima,H.Mitsuyasu,M.Ohtaki,K.Eguchi: "Solid Oxide Fuel Cell with Composite Electrolyte Consisting of Samaria-doped Ceria and Yttria-stabilized Zirconia" Journal of the Electrochemical Society. 145. 1004-1007 (1998)

Y.Mishima，H.Mitsuyasu，M.Ohtaki，K.Eguchi：“具有由撒玛利亚掺杂的氧化铈和氧化钇稳定的氧化锆组成的复合电解质的固体氧化物燃料电池”电化学学会杂志。