[发明专利]质子传导体

说明书

技术领域

本发明涉及质子传导体。

背景技术

在质子传导性固体电解质之中，关于以组成式AB_1-xB’_xO_3-δ所示的钙钛矿型质子传导性氧化物已有大量的报导。此处，A为碱土金属，B为4价的4族过渡金属元素、作为4价的镧系元素的Ce，B’为3价的3族或13族元素，O为氧。x为置换B元素的B’元素的组成比率，满足0＜x＜1.0。δ为表示氧缺失或氧过剩的值。关于钙钛矿结构的基本构成，之后边参照附图边进行简要说明。

非专利文献1中公开了具有钙钛矿结构的氧化物。非专利文献1的氧化物为组成式BaZr_1-xY_xO_3-δ或组成式BaCe_1-xY_xO_3-δ的氧化物。此处，A为钡(Ba)，B为Zr或Ce，B’为Y的氧化物。

另外，专利文献1中公开了具有钙钛矿结构的质子传导性膜。专利文献1的质子传导性膜为化学式AL_1-XM_XO_3-α的质子传导性膜。A为碱土金属。L为选自铈、钛、锆和铪中的1种以上的元素。M为选自钕、镓、铝、钇、铟、镱、钪、钆、钐和镨中的1种以上的元素。此处，X为置换L元素的M元素的组成比率，α为氧缺失的原子比率。在专利文献1的质子传导性膜中，0.05＜X＜0.35，0.15＜α＜1.00。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2008-23404号公报

非专利文献

非专利文献1：Nature materials Vol9(October2010)846～852

非专利文献2：Solid State Ionics110(1998)103～110

发明内容

发明要解决的课题

本发明提供一种即使在100℃以上500℃以下的温度领域中，也具有高质子传导性的钙钛矿型质子传导体。

用于解决课题的手段

本发明的质子传导性氧化物的一种形态是具有组成式A_aB_1-xB’_xO_3-δ所示的钙钛矿型晶体结构，其中，所述A为选自碱土金属的至少1种金属，所述B为4价的4族过渡金属或Ce，所述B’为3价的3族或13族元素，满足0.4＜a＜0.9且0.2＜x＜0.6。

发明效果

提供具有高质子传导性的钙钛矿型质子传导体。

附图说明

图1为表示组成式ABO₃所示的通常的钙钛矿结构的图。

图2为表示实施例1中的在100℃至600℃的温度范围内的质子传导率的附图。

图3为表示包括质子传导体的装置的例子的剖视图。

具体实施方式

(钙钛矿结构)

通常的钙钛矿结构如图1例示，由元素A、B、O构成，以组成式ABO₃表示。此处，A为可以成为2价的阳离子的元素，B为可以成为4价的阳离子的元素，O为氧。具有钙钛矿结构的晶体的单位晶格典型地具有近似于立方体的形状。如图所示，元素A的离子位于单位晶格的8个顶点。另一方面，氧O的离子位于单位晶格的6个面的中心。此外，元素B的离子位于单位晶格的中央附近。元素A、B、O所占位置可以分别称为A位点、B位点、O位点。

上述结构为钙钛矿晶体的基本结构，元素A、B、O的一部分可以缺失、过剩、或者被其他元素置换。例如，元素B以外的元素B’位于B位点的晶体是以组成式AB_(1-x)B’_xO₃表示的钙钛矿晶体。此处，x为B’的组成比率(mole fraction)，也可称为置换率。若产生这样的元素的置换、缺失、或过剩，则单位晶格的结构可能由立方体发生歪斜或变形。钙钛矿晶体不仅限于“立方晶”，广泛地包含相转换成对称性更低的“斜方晶”、“正方晶”的晶体。

(本发明人等的见解)