3価のアルミニウムイオンを伝導種とする新規な実用型固体電解質の開発とその応用

本研究では、様々な電気化学デバイス材料として実用可能なアルミニウムイオン伝導性固体電解質を開発し、地球環境に多大な悪影響を及ぼしている種々の環境汚染ガス(CO_2やSO_2など)を検出できるガスセンサへの実用化を目指した。申請者がこれまでに開発した、実用レベルの高いイオン導電率ならびに高い化学的安定性を有するAl^<3+>イオン伝導性固体電解質(Al_<0.2>Zr_<0.8>)_<20/19>Nb(PO_4)_3に焼結助剤として酸化ホウ素(B_2O_3)を添加することにより、電気化学デバイス材料として実用上十分な優れた緻密性ならびに機械的強度を付与したAl^<3+>イオン伝導性固体電解質の開発に成功した。さらに申請者は、このAl^<3+>イオン伝導性固体電解質(Al_<0.2>Zr_<0.8>)_<20/19>Nb(PO_4)_3(B_2O_3添加)をセンサ材料として用いたCO_2ガスセンサやSO_2ガスセンサを開発し、それらのガス検出特性を調べた。その結果、いずれのガスセンサにおいても被検ガス濃度を可逆的かつ連続的に測定でき、更にセンサ応答は理論的であったことから、その場計測が可能な優れたCO_2、SO_2ガスセンサとなることが明らかとなった。更にCO_2ガスセンサに関しては、酸化ホウ素を添加した優れた機械的強度を持つアルミニウムイオン伝導性固体電解質を用いることでセンサ素子の小型化を実現し、CO_2ガスを迅速かつ定量的に検知できるポータブルタイプガスセンサの試作に成功した。

本研究では、様々な電気化学デバイス材料として実用可能なアルミニウムイオン伝導性固体電解質を開発し、地球環境に多大な悪影響を及ぼしている種々の環境汚染ガス(CO_2やSO_2など)を検出できるガスセンサへの実用化を目指した。申請者がこれまでに開発した、実用レベルの高いイオン導電率ならびに高い化学的安定性を有するAl^<3+>イオン伝導性固体電解質(Al_<0.2>Zr_<0.8>)_<20/19>Nb(PO_4)_3に焼結助剤として酸化ホウ素(B_2O_3)を添加することにより、電気化学デバイス材料として実用上十分な優れた緻密性ならびに機械的強度を付与したAl^<3+>イオン伝導性固体電解質の開発に成功した。さらに申請者は、このAl^<3+>イオン伝導性固体電解質(Al_<0.2>Zr_<0.8>)_<20/19>Nb(PO_4)_3(B_2O_3添加)をセンサ材料として用いたCO_2ガスセンサやSO_2ガスセンサを開発し、それらのガス検出特性を調べた。その結果、いずれのガスセンサにおいても被検ガス濃度を可逆的かつ連続的に測定でき、更にセンサ応答は理論的であったことから、その場計測が可能な優れたCO_2、SO_2ガスセンサとなることが明らかとなった。更にCO_2ガスセンサに関しては、酸化ホウ素を添加した優れた機械的強度を持つアルミニウムイオン伝導性固体電解質を用いることでセンサ素子の小型化を実現し、CO_2ガスを迅速かつ定量的に検知できるポータブルタイプガスセンサの試作に成功した。