高度酸素欠損ペロブスカイト型酸化物混合導電体の設計と中温固体電池電極への展開

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Ba_<0.5>Sr_<0.5>Co_<0.8>Fe_<0.2>O_<3-δ>(BSCF)は優れた電子・酸素混合輸送特性を持つ材料であり、固体酸化物形燃料電池(SOFC)の有望なカソード材料として期待されている。実用に際してはSOFC作動条件における長期間の安定性が必要不可欠である。BSCFに関する報告として含二酸化炭素雰囲気での化学的な不安定性は多く報告されているが、その他雰囲気での化学的安定性については未だ十分に理解が進んでいない。本研究においては電気化学特性の最大化に加え、化学的安定性を含めたBSCF系材料の最適使用範囲を決定することを目指している、年度は高温XRDとクーロン滴定を用いたBSCFの化学的安定性の解析を様々な酸素分圧下において行った。BSCF緻密体の導電率を温度・酸素分圧を変えて測定を行った際、作動温度領域において導電率の再現性が必ずしも高くない、すなわち化学的不安定性により電気化学特性への影響がある可能性が示唆された。この現象について詳細に検討するため、高温XRD測定を窒素-酸素混合のガス系で酸素分圧を1barから1E-5 barまで変化させて行った。その結果、二酸化炭素の存在しない雰囲気においても、中温域でBSCFが不安定な領域が存在することが確認された。この不純物相の生成は温度と酸素分圧への依存性が大きかった。空気中1373Kで単相のBSCFが得られること、および1273Kの100ppmO_2のXRDピークがBSCFでほぼ指数付けできることを考慮すると、BSCFの安定領域は相対的に還元側にあることが予想される。加えて中低温域の測定結果より、BSCFに比べ、共存する不純物相として若干酸化側で安定な相、およびさらに酸化側で安定な相の2つの不純物相が存在すること示唆された。