特許ウォッチ

公開番号2025090925
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2023205822
出願日2023-12-06
発明の名称酸化セリウム安定化ジルコニウム組成物
出願人第一稀元素化学工業株式会社
代理人弁理士法人ユニアス国際特許事務所
主分類C01G 25/00 20060101AFI20250611BHJP(無機化学)
要約【課題】高い酸素イオン導電性を有し、且つ、触媒を担持させた際に高い改質機能(高い触媒機能、及び、触媒機能の長期安定性)を有する電極の材料として使用可能な酸化セリウム安定化ジルコニウム組成物を提供すること。
【解決手段】下記式[1]で表される組成を有し、比表面積が20m²/g以下であることを特徴とする酸化セリウム安定化ジルコニウム組成物。
(ZrO₂)_1-x-y(CeO₂)_x(M₂O₃)_y [1]
ただし、式[1]において、x、及び、yは、0.10≦x≦0.40、0.02≦y≦0.12を満たす数であり、Mは、スカンジウム、イットリウム、及び、イッテルビウムからなる群から選択される1種以上である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
下記式［１］で表される組成を有し、
比表面積が２０ｍ
２
／ｇ以下であることを特徴とする酸化セリウム安定化ジルコニウム組成物。
（ＺｒＯ
２
）
１－ｘ－ｙ
（ＣｅＯ
２
）
ｘ
（Ｍ
２
Ｏ
３
）
ｙ
［１］
ただし、式［１］において、ｘ、及び、ｙは、０．１０≦ｘ≦０．４０、０．０２≦ｙ≦０．１２を満たす数であり、Ｍは、スカンジウム、イットリウム、及び、イッテルビウムからなる群から選択される１種以上である。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記Ｍは、スカンジウム、イットリウム、及び、イッテルビウムからなる群から選択される１種であることを特徴とする請求項１に記載の酸化セリウム安定化ジルコニウム組成物。
【請求項３】
前記Ｍは、スカンジウムであることを特徴とする請求項１に記載の酸化セリウム安定化ジルコニウム組成物。
【請求項４】
前記ｘ、及び、前記ｙは、０．１０≦ｘ≦０．３０、０．０６≦ｙ≦０．１０を満たす数であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１に記載の酸化セリウム安定化ジルコニウム組成物。
【請求項５】
前記ｙは、０．０８≦ｙ≦０．１０を満たす数であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１に記載の酸化セリウム安定化酸化ジルコニウム組成物。
【請求項６】
７５０℃での酸素吸放出能が５μｍｏｌ／ｍ
２
以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１に記載の酸化セリウム安定化酸化ジルコニウム組成物。
【請求項７】
下記熱処理条件Ａで熱処理した後の、７００℃における導電率が９．０×１０
－４
Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１に記載の酸化セリウム安定化酸化ジルコニウム組成物。
＜熱処理条件Ａ＞
冷間等方圧加圧法を用いて１．０ｔ／ｃｍ
２
の圧力で２分間成型した後、大気中、１４５０℃、２時間熱処理する。
【請求項８】
下記熱処理条件Ａで熱処理した後の、８００℃における導電率が３．０×１０
－３
Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１に記載の酸化セリウム安定化酸化ジルコニウム組成物。
＜熱処理条件Ａ＞
冷間等方圧加圧法を用いて１．０ｔ／ｃｍ
２
の圧力で２分間成型した後、大気中、１４５０℃、２時間熱処理する。
【請求項９】
下記熱処理条件Ａで熱処理した後の、９００℃における導電率が７．５×１０
－３
Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１に記載の酸化セリウム安定化酸化ジルコニウム組成物。
＜熱処理条件Ａ＞
冷間等方圧加圧法を用いて１．０ｔ／ｃｍ
２
の圧力で２分間成型した後、大気中、１４５０℃、２時間熱処理する。
【請求項１０】
遷移金属を担持する担体として使用されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１に記載の酸化セリウム安定化酸化ジルコニウム組成物。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化セリウム安定化ジルコニウム組成物に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＯＦＣ（ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ，固体酸化物燃料電池）におけるアノード材料としては、Ｎｉ粒子と、酸素イオン導電性を示すセラミックス粉末とをサーメット化したものが使用されている。
【０００３】
特許文献１には、（Ｓｃ
２
Ｏ
３
）
０．１０
（ＣｅＯ
２
）
０．０１
（ＺｒＯ
２
）
０．８９
を電極サーメット材料に適用し、水蒸気改質によるメタン内部改質燃料電池システムの検討を行ったことが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、ドライリフォーミング反応を対象とした触媒として、ＣｅＯ
２
、ＺｒＯ
２
、Ａｌ
２
Ｏ
３
、ＳｉＯ
２
、ＴｉＯ
２
が検討されており、酸素吸蔵放出能によりＣｅＯ
２
が高い改質性能と炭素析出抑制効果による耐久性を有していることが示されている。
【０００５】
特許文献３には、Ｃｅ
０．５
Ｚｒ
０．５
Ｏ
２
の検討が開示されており、複合化により酸素吸蔵放出能が強化されたことに起因し、ＣｅＯ
２
、ＺｒＯ
２
と比較して高い改質性能と炭素析出抑制効果を持つことが示されている。
【０００６】
特許文献４には、Ｎｉの担体として、Ｍｇ、Ｌａ、ＣａをＣｅ
０．５
Ｚｒ
０．５
Ｏ
２
へ固溶させ、酸素空孔を導入することで触媒性能と耐久性の向上を図ったことが示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
Carbon deposition behavior on Ni-ScSZ anodes for internal reforming solid oxide fuel cells
Nickel based catalysts for methane dry reforming: Effect of supports on catalytic activity and stability
Ni/CexZr1-xO2catalyst prepared via one-step co-precipitation for CO2 reforming of CH4 to produce syngas: role of oxygen storage capacity (OSC) and oxygen vacancy formation energy (OVFE)
High performance NiO/MOx-Ce0.5Zr0.5O2catalysts promoted with metal oxides for CH4-H2O reforming
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現在、市販されている燃料電池システムでは、発電を行うスタックの前段に改質器が設けられており、改質器にて都市ガスなどが改質されて水素が作られ、この水素がスタックに供給されることにより発電が行われている。スタックとは別に設けられた改質器により水素が作られ、この水素がスタックへ供給されるため、スタックへの負荷は軽減される。一方、スタックとは別に改質器を備えるため、システム全体としての装置サイズが大きくなるといった問題や、装置コストが高くなるといった問題がある。
【０００９】
前記問題に対して、近年、改質前の燃料をスタックに直接導入し、スタックの電極上で改質を行う内部改質が検討されている。
【００１０】
しかしながら、ＣＨ
４
とＣＯ
２
とから水素を得るドライリフォーミングを主とした内部改質型の燃料電池システムの場合、改質反応によって析出する炭素により、改質能力が低下したり、電気化学反応活性点の失活が生じたりするといった問題がある。ドライリフォーミング反応によるメタン内部改質燃料電池システムでは、より炭素が析出しやすい条件で改質反応が進行することから、アノードサーメットを構成するセラミックス材料として、例えば、非特許文献１に開示されている（Ｓｃ
２
Ｏ
３
）
０．１０
（ＣｅＯ
２
）
０．０１
（ＺｒＯ
２
）
０．８９
を使用することはできない。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許