JPH0757532A - イオン導電体及びその製造法 - Google Patents

イオン導電体及びその製造法

Info

Publication number
JPH0757532A
JPH0757532A JP19711493A JP19711493A JPH0757532A JP H0757532 A JPH0757532 A JP H0757532A JP 19711493 A JP19711493 A JP 19711493A JP 19711493 A JP19711493 A JP 19711493A JP H0757532 A JPH0757532 A JP H0757532A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mol
rare earth
ionic conductor
amount
zirconium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP19711493A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihito Kuramochi
豪人 倉持
Hironari Osada
裕也 長田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tosoh Corp filed Critical Tosoh Corp
Priority to JP19711493A priority Critical patent/JPH0757532A/ja
Publication of JPH0757532A publication Critical patent/JPH0757532A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 【構成】 Zr物質量をxモル、希土類元素物質量
をyモルとしたとき、0.04≦y/(2x+y)≦
0.20なるZr化合物と希土類元素化合物との混合溶
液から混合粉末を得、これを非酸化雰囲気中、700〜
1350℃で仮焼、成形し、非酸化雰囲気中、1400
〜1650℃で焼成し、酸素イオン空孔数が化学量論数
より過剰でかさ密度が5.5g/cm3以上のイオン導
電体を得る。 【効果】 固体電解質型燃料電池用素子、酸素セン
サ−、酸素ポンプ等として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高イオン導電率を有す
るイオン導電体及びその製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、イオン導電体の導電率を向上させ
るために原子価の異なる金属酸化物を固溶させて、酸素
イオン空孔数を増加させる手法が行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような手
法では酸素イオン空孔数の増加に伴う導電率の極大値が
存在し、導電率の改善が十分に行われないという欠点を
有していた。
【0004】本発明者らは、イオン導電性が酸素イオン
空孔数の影響を受けることに着目し、新たに添加物を加
えることなく酸素イオン空孔を導入してイオン導電率を
向上させたイオン導電性材料を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述のような現状に鑑
み、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成
するに至った。
【0006】即ち、本発明はジルコニウム元素、希土類
元素の中から選ばれる少なくとも一種の元素および酸素
からなり、ジルコニウム元素の物質量をx(モル)、希
土類元素の物質量をy(モル)としたとき、0.04≦
y/(2x+y)≦0.20をみたし、酸素イオン空孔
数が化学量論数よりも過剰である仮焼粉末よりなるイオ
ン導電体前駆体を焼結してなるイオン導電体及びその製
造法に関する。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。
【0008】本発明のイオン導電体前駆体は、ジルコニ
ウム元素、希土類元素の中から選ばれる少なくとも一種
の元素および酸素からなり、ジルコニウム元素の物質量
をx(モル)、希土類元素の物質量をy(モル)とした
とき、0.04≦y/(2x+y)≦0.20、好まし
くは0.06≦y/(2x+y)≦0.18の範囲にあ
るものである。上記範囲をはずれるとイオン導電率の低
下が見られる場合がある。
【0009】希土類元素としては、スカンジウム、イッ
トリウムやイッテルビウム、ガドリウム、ユーロピウ
ム、サマリウム、ネオジウムなどのランタノイドなどの
1種又は2種以上が好適に用いられ、複数種使用する際
には、その総量が上記の規定を満たせばよい。
【0010】また、本発明のイオン導電体前駆体中の酸
素イオン空孔数は、化学量論数よりも過剰であることを
特徴とする。本発明でいう化学量論の酸素イオン空孔数
(δ)とは、下記(1)式
【0011】
【化1】
【0012】より算出される。又、前駆体中の実際の酸
素イオン空孔数は、例えば、仮焼後の粉末の密度の実測
値から下記(2)式
【0013】
【化2】
【0014】により算出される。
【0015】従来、(1)式から得られた値と(2)式
から得られた値とは同一値であったが、本発明のイオン
導電体前駆体においては、同一の陽イオン原子組成にお
いて、(2)式より算出される酸素イオン空孔数の値
が、(1)式より算出される化学量論の値よりも大きい
値を示す。特に好ましい過剰量は、化学量論の値と比較
して、1.5〜4倍量の酸素イオン空孔数である。上記
範囲をはずれると本発明の効果が不十分となる場合があ
る。
【0016】続いて、上記の前駆体を焼結して本発明の
イオン導電体を得るが、このイオン導電体のかさ密度は
5.5g/cm3以上である。かさ密度が低いというこ
とは、焼結体内に空孔が存在する一般的に意味し、この
空孔は粒界における抵抗を高めるため、結果として焼結
体全体のイオン導電性を低下させることになる。
【0017】次に本発明のイオン導電体の製造法につき
説明する。本発明のイオン導電体は、ジルコニウム化合
物と希土類元素の中から選ばれる少なくとも一種の元素
を含む化合物との混合溶液において、ジルコニウム元素
の物質量をx(モル)、希土類元素の物質量をy(モ
ル)としたとき、0.04≦y/(2x+y)≦0.2
0なる混合溶液から乾燥混合粉末を得、それを非酸化雰
囲気中において700℃〜1350℃で仮焼して得られ
る粉末を、続いて非酸化雰囲気中において1400℃〜
1650℃で焼成することにより得られる。
【0018】原料のジルコニウム化合物及び希土類化合
物に特に制限はなく、オキシ塩化物、オキシ硝酸塩など
が用いられる。これら原料粉末を水系混合溶液とし、液
相共沈法などにより沈殿を得て、洗浄操作を経た後、乾
燥させて乾燥混合粉末が得られる。粒径としては、0.
3〜3μm程度が好ましい。
【0019】溶液中のジルコニウム元素と、希土類元素
との存在割合は、ジルコニウム元素の物質量をx(モ
ル)、希土類元素の物質量をy(モル)としたとき、
0.04≦y/(2x+y)≦0.20、好ましくは、
0.06≦y/(2x+y)≦0.18である。
【0020】溶液の混合時間に特に制限はないが、短時
間では混合が不十分となり、長時間混合してもその効果
が認められないので、2〜10時間行えば十分である。
【0021】このようにして得られた乾燥混合粉末は7
00℃〜1350℃、好ましくは800℃〜1300℃
で仮焼し、イオン導電体前駆体を得る。この際、仮焼温
度が700℃未満であると乾燥混合粉末の熱分解及び固
溶反応が十分に行われず、また、1350℃を超えると
仮焼粉末の粒成長が著しくなって焼結性が低下してしま
うことがある。仮焼時間に特に制限はないが、長時間仮
焼すると粒成長が著しくなることがあるので、2〜10
時間程度が好ましい。仮焼雰囲気はアルゴン等の不活性
ガス、窒素、真空などの非酸化雰囲気が好ましい。この
雰囲気に酸素が混入すると酸素イオン空孔数が低下する
ので、好ましい酸素濃度としては、酸素分圧で10-2
圧以下である。
【0022】続いて、仮焼粉末の成形を行ってもよい。
成形方法は、特に限定することなく従来の方法を使用す
ることが可能であり、例えば、金型プレスを用いて、3
00〜1000kg/cm2で成形すればよい。なお、
必要に応じて更に静水圧プレスを1〜3t/cm2の圧
力で行なってもよい。
【0023】次に、1400℃〜1650℃、好ましく
は1450℃〜1600℃で焼結する。焼結温度が14
00℃未満であると、焼結体の緻密化が十分に進まず、
焼結体内に取り残された空孔が粒界における抵抗を高
め、結果として焼結体全体のイオン導電率を低下させた
り、焼結温度が1650℃を超えると、激しい粒成長が
生じて粒界に空孔が多量に取り残され、焼結体のかさ密
度をかえって低下させ、結果として焼結体全体のイオン
導電率を低下させることがある。焼結体の粒径として
は、2〜10μm程度が好ましい。
【0024】焼結時間には特に制限はないが、長時間焼
結すると粒成長が著しくなることので、2〜10時間程
度が好ましい。焼結雰囲気はアルゴン,窒素、真空など
の非酸化雰囲気が好ましい。この雰囲気に酸素が混入す
ると酸素イオン空孔数が低下するので、好ましい酸素濃
度としては、酸素分圧で10-2気圧以下である。
【0025】なお、このようにして得られた焼結体の両
面に白金等の電極を焼き付け、従来の導電率の測定方
法、例えば交流2端子法により複素インピーダンスを測
定することにより導電率が求められる。
【0026】上述の方法により得られたイオン導電体
は、ジルコニウム元素の物質量をx(モル)、希土類元
素の物質量をy(モル)としたとき、0.04≦y/
(2x+y)≦0.20を満たし、酸素イオン空孔数が
化学量論数よりも過剰で、かつかさ密度が5.5g/c
3以上となる。
【0027】本発明の効果発現の機構については、未だ
十分には解明されていないが、添加物量を増加させるこ
となく酸素イオン空孔を導入することにより、単位格子
中の酸素イオンの易動度が増大したためであると考えら
れる。
【0028】しかしながら、このような推測はなんら本
発明を拘束するものでない。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のイオン導電体は、良好なイオン導電性を示すので、固
体電解質型燃料電池用の素子、酸素センサ−、酸素ポン
プ等として有用である。
【0030】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いて更に詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0031】実施例 ZrO(NO32・2H2O(キシダ化学製、純度99
%):80.0g (ジルコニウム物質量x:0.30
モル)及びY23(添川理化学製、純度99.9%):
5.9g(イットリウム物質量y:0.052モル)を
秤量し、蒸留水600ml及び硝酸140mlの混合水
溶液に溶解して硝酸水溶液とした。この水溶液を5倍等
量のアンモニア水中に滴下して沈殿を得た。
【0032】得られた沈殿を洗浄、乾燥した後、100
0℃で5時間、アルゴンガス中で仮焼し、イオン導電体
前駆体を得た。格子定数及びピクノメータを用いて測定
した粉末の密度から(2)式により算出された仮焼粉末
の酸素イオン空孔数は0.8(化学量論量は比較例参
照)、y/(2x+y)の値は0.08であった。
【0033】得られた仮焼粉末を500kg/cm2
圧力で予備成形し、更に2t/cm2の静水圧により成
形した後、1450℃で5時間、アルゴンガス中で焼成
して焼結体を製造した。
【0034】得られた焼結体を厚さ2mmに研削し、白
金ペーストを塗布し、1000℃において電極焼き付け
処理を施した後、交流2端子法(印加交流電圧:20m
V、周波数:10Hz〜10MHz、大気中)により複
素インピーダンスを測定し、イオン導電率を算出した。
【0035】得られた焼結体のかさ密度は5.8g/c
3、焼結粒径は5μmであり、900℃におけるイオ
ン導電率はlogσ=−1.18(S・cm-1)であっ
た。
【0036】比較例 実施例と同様の試薬を用い、ZrO(NO32・2H2
O:80.0g及びY23:5.9gを秤量し、蒸留水
600ml及び硝酸140mlの混合水溶液に溶解して
硝酸水溶液とした。この水溶液を5倍等量のアンモニア
水中に滴下して沈殿を得た。
【0037】得られた沈殿を洗浄、乾燥した後、100
0℃で5時間、大気中で仮焼した。格子定数及びピクノ
メータを用いて測定した粉末の密度から(2)式により
算出された仮焼粉末の酸素イオン空孔数は0.3であっ
た。
【0038】得られた仮焼粉末を500kg/cm2
圧力で予備成形し、更に2t/cm2の静水圧により成
形した後、1450℃で5時間、大気中で焼成して焼結
体を製造した。
【0039】得られた焼結体を厚さ2mmに研削し、白
金ペーストを塗布し、1000℃において電極焼き付け
処理を施した後、交流2端子法(印加交流電圧:20m
V、周波数:10Hz〜10MHz、大気中)により複
素インピーダンスを測定し、イオン導電率を算出した。
【0040】得られた焼結体のかさ密度は5.8g/c
3、焼結粒径は5μmであり、900℃におけるイオ
ン導電率はlogσ=−1.25(S・cm-1)であっ
た。
【0041】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジルコニウム元素、希土類元素の中から
    選ばれる少なくとも一種の元素および酸素からなり、ジ
    ルコニウム元素の物質量をx(モル)、希土類元素の物
    質量をy(モル)としたとき、0.04≦y/(2x+
    y)≦0.20をみたし、酸素イオン空孔数が化学量論
    数よりも過剰である仮焼粉末からなるイオン導電体前駆
    体。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の前駆体を焼結してなる
    イオン導電体。
  3. 【請求項3】 ジルコニウム化合物と希土類元素の中か
    ら選ばれる少なくとも一種の元素を含む化合物との混合
    溶液において、ジルコニウム元素の物質量をx(モ
    ル)、希土類元素の物質量をy(モル)としたとき、
    0.04≦y/(2x+y)≦0.20なる混合溶液か
    ら乾燥混合粉末を得、それを非酸化雰囲気中において7
    00℃〜1350℃で仮焼して得られる粉末を、続いて
    非酸化雰囲気中において1400℃〜1650℃で焼成
    することを特徴とするイオン導電体の製造法。
JP19711493A 1993-08-09 1993-08-09 イオン導電体及びその製造法 Pending JPH0757532A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19711493A JPH0757532A (ja) 1993-08-09 1993-08-09 イオン導電体及びその製造法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19711493A JPH0757532A (ja) 1993-08-09 1993-08-09 イオン導電体及びその製造法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0757532A true JPH0757532A (ja) 1995-03-03

Family

ID=16368970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19711493A Pending JPH0757532A (ja) 1993-08-09 1993-08-09 イオン導電体及びその製造法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0757532A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5932059A (en) * 1993-03-24 1999-08-03 Eos Gmbh Optical Systems Method for producing a three-dimensional object

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5932059A (en) * 1993-03-24 1999-08-03 Eos Gmbh Optical Systems Method for producing a three-dimensional object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7308814B2 (ja) セラミックス粉末、焼結体及び電池
US4365011A (en) Process for preparing pieces composed of solid electrolyte based on stabilized zircon and to pieces obtained by this process
JPH07169456A (ja) リチウムイオン伝導体及びリチウム電池のカソード材料
JP3934750B2 (ja) 酸化物イオン導電性セラミックス及びその製造方法
US5721182A (en) Metal niobates and/or tantalates, their preparation and perovskites formed from them
JP3997365B2 (ja) 酸化物イオン導電性単結晶及びその製造方法
JPH08208333A (ja) 酸素イオン導電体及びその製造方法
JP2991256B2 (ja) リチウムイオン導電性固体電解質材料
JP2003530291A (ja) La2Mo2O9から誘導された化合物及びそれらのイオン導体としての使用
Thangadurai et al. AA′ 2M3O10 (A= K, Rb, Cs; A′= Ca; M= Nb) layered perovskites: low-temperature proton conductors in hydrogen atmospheres
JPH0757532A (ja) イオン導電体及びその製造法
JP3564577B2 (ja) 導電性セラミックス
US20060073390A1 (en) Solid electrolyte
JP3877809B2 (ja) プロトン伝導性セラミックス
JP4132863B2 (ja) 酸素イオン伝導体成形用原料粉体及びその製造方法
JP2000109318A (ja) 高酸化物イオン伝導性セリア系固体電解質
JP4038628B2 (ja) 酸化物イオン導電体およびその製造法並びに固体電解質型燃料電池
Shlyakhtina et al. High-entropy oxide ceramics for detecting the ionic conductivity component in electron conductors
JP2006134871A (ja) 固体電解質
JP4604247B2 (ja) テルビウム・ビスマス・タングステン酸化物固溶体からなる電気伝導材料及びその製造方法
JP2005170783A (ja) ビスマス・テルビウム・タングステン酸化物固溶体からなる電気伝導材料及びその製造方法
JPH09183657A (ja) 固体電解質
JPS5848908A (ja) 表面誘電体層型半導体磁器組成物およびその製造方法
JP3370446B2 (ja) 導電性セラミックスの製造方法
JPH10167823A (ja) パイロクロア型固体電解質