アルミニウムイオンを伝導種とする実用的な固体電解質の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

実用領域の高いイオン伝導性を示すアルミニウムイオン伝導体の開発を目指し、NASICON型構造を有する(Al_xZr_<1-x>)_<4/(4-x)>Nb(PO_4)_3の結晶格子を構成しているイオンの一部を価数やイオン半径の異なるイオンで部分置換することで、格子サイズや3価イオン欠陥を制御し、Al^<3+>イオン伝導性の向上を図った。また、化学センサ等への応用を目的に試料の緻密性を向上させるべく焼結助剤として酸化ホウ素の添加を試みた。これまでに(Al_xZr_<1-x>)_<4/(4-x)>Nb(PO_4)_3に焼結助剤として酸化ホウ素を6重量%添加した場合、試料の緻密性および機械強度が大幅に向上した結果、アルミニウムイオン伝導性も向上することを明らかにし、これを用いたSO_2ガスセンサを作製した。センサの構成は、固体電解質として本研究で開発した(Al_xZr_<1-x>)_<4/(4-x)>Nb(PO_4)_3と酸化物イオン(O^<2->)伝導体であるイットリア安定化ジルコニアを重ね合わせ、検出極物質として0.6Al_2(SO_4)_3-0.4Na_2SO_4複合硫酸塩を用いた。測定温度は530℃とし、SO_2ガス濃度を200〜2000ppmの範囲で変化させ、センサ測定を行った結果、SO_2ガス濃度変化に対し、可逆的かつ連続的な応答が得られ、センサ出力の変化量はネルンストの式から導かれる理論変化量と良く一致し、定量的かつ定性的なSO_2濃度計測が可能であることがわかった。また、濃度変化時のセンサ応答時間は約7分であり、迅速な応答を示すことが明らかとなった。