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公開番号2024045876
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-03
出願番号2022150941
出願日2022-09-22
発明の名称酸化物イオン伝導性固体電解質、混合粉末、燃料極用のペースト、固体電解質層用のペースト、燃料極用部材、および固体電解質層用部材
出願人AGC株式会社
代理人個人,個人
主分類H01B 1/06 20060101AFI20240327BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明では、より軽量な酸化物イオン伝導性固体電解質を提供することを目的とする。
【解決手段】酸化物イオン伝導性固体電解質であって、カルシウム(Ca)、チタン(Ti)、およびアルミニウム(Al)を含むペロブスカイト型構造の化合物と、アルミン酸カルシウムと、を有し、前記ペロブスカイト型構造の化合物は、CaTi_1-xAl_xO_3-δで表され、ただし、0<x<1であり、当該酸化物イオン伝導性固体電解質全体に対して、Alは、酸化物換算で、21mol%以上、33mol%以下含まれている、酸化物イオン伝導性固体電解質。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
酸化物イオン伝導性固体電解質であって、
カルシウム（Ｃａ）、チタン（Ｔｉ）、およびアルミニウム（Ａｌ）を含むペロブスカイト型構造の化合物と、
アルミン酸カルシウムと、
を有し、
前記ペロブスカイト型構造の化合物は、ＣａＴｉ
１－ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｏ
３－δ
で表され、ただし、０＜ｘ＜１であり、
当該酸化物イオン伝導性固体電解質全体に対して、Ａｌは、酸化物換算で、２１ｍｏｌ％以上、３３ｍｏｌ％以下含まれている、酸化物イオン伝導性固体電解質。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
２０℃における密度が３．５ｇ／ｃｍ
３
以下である、請求項１に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質。
【請求項３】
前記ペロブスカイト型構造の化合物に含まれるＡｌは、前記ペロブスカイト型構造のＴｉのサイトに配置されている、請求項１または２に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質。
【請求項４】
固体酸化物形電解セルの燃料極部材用の混合粉末であって、
遷移金属または遷移金属化合物の粉末と、
固体電解質粉末と、
を有し、
前記固体電解質粉末は、請求項１または２に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質の粉末である、燃料極部材用の混合粉末。
【請求項５】
固体酸化物形電解セルの燃料極用のペーストであって、
分散媒と、
請求項４に記載の燃料極部材用の混合粉末と、
を有する、固体酸化物形電解セルの燃料極用のペースト。
【請求項６】
固体酸化物形電解セルの固体電解質層用のペーストであって、
分散媒と、
固体電解質粉末と、
を有し、
前記固体電解質粉末は、請求項１または２に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質の粉末である、固体電解質層用のペースト。
【請求項７】
固体酸化物形電解セル用の燃料極用部材であって、
当該燃料極用部材は、遷移金属および固体電解質を有し、
該固体電解質は、請求項１または２に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質を含む、燃料極用部材。
【請求項８】
固体酸化物形電解セル用の固体電解質層用部材であって、
当該固体電解質層用部材は、固体電解質を有し、
該固体電解質は、請求項１または２に記載の酸化物イオン伝導性固体電解質を含む、固体電解質層用部材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物イオン伝導性固体電解質、混合粉末、燃料極用のペースト、固体電解質層用のペースト、燃料極用部材、および固体電解質層用部材に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
酸化物イオン伝導性を有する固体電解質は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、固体酸化物型電解セル（ＳＯＥＣ）、酸素センサー、および酸素ポンプ等、各種電気学デバイスとしての利用が考えられる。
【０００３】
近年、再生可能エネルギーの普及のために着目されているＰｏｗｅｒｔｏＧａｓ／Ｃｈｅｍｉｃａｌという技術コンセプトの実現形態の一つとして、ＳＯＦＣとＳＯＥＣを組み合わせた高効率エネルギーシステムが着目されている。
【０００４】
ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣは、共に高温で作動する電気化学セルであり、前者は、水素や一酸化炭素、メタン等、様々な燃料に対応でき、後者は、ＳＯＦＣの動作により生成する水や二酸化炭素を電気分解し、水素や一酸化炭素に戻すことができる。
【０００５】
ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣは、２つの電極間に設けられた固体電解質層を有し、この固体電解質層中を酸化物イオンが伝導することにより作動する。
【０００６】
ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣにおける酸化物イオン伝導性固体電解質層には、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）のような固体電解質が使用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ，７３，５６３－８８（１９９３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
酸化物イオン伝導性固体電解質層としての使用が想定されるＹＳＺは、密度が比較的大きいという特徴がある。このため、将来、ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣの軽量化が必要となった場合、ＹＳＺで構成された酸化物イオン伝導性固体電解質層は、適用が難しくなる可能性がある。また、これに伴い、より軽量な酸化物イオン伝導性固体電解質層の開発が必要となることが予想される。
【０００９】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、より軽量な酸化物イオン伝導性固体電解質を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、
酸化物イオン伝導性固体電解質であって、
カルシウム（Ｃａ）、チタン（Ｔｉ）、およびアルミニウム（Ａｌ）を含むペロブスカイト型構造の化合物と、
アルミン酸カルシウムと、
を有し、
前記ペロブスカイト型構造の化合物は、ＣａＴｉ
１－ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｏ
３－δ
で表され、ただし、０＜ｘ＜１であり、
当該酸化物イオン伝導性固体電解質全体に対して、Ａｌは、酸化物換算で、２１ｍｏｌ％以上、３３ｍｏｌ％以下含まれている、酸化物イオン伝導性固体電解質が提供される。
（【００１１】以降は省略されています）

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