[发明专利]取向性磷灰石型氧化物离子导体及其制造方法

说明书

为了提供一种新的取向性磷灰石型氧化物离子导体，该取向性磷灰石型氧化物离子导体可以抑制裂纹的产生而实现大面积化，优选通过不复杂的工艺低成本地进行制造，从而提出了一种由复合氧化物构成的取向性磷灰石型氧化物离子导体，该复合氧化物的特征在于，其由A_9.33+x[T_6‑yM_y]O_26.00+z(式中的A为选自由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Be、Mg、Ca、Sr和Ba组成的组中的一种或两种以上的元素。式中的T为Si或Ge或包含其两者的元素。式中的M为选自由B、Ge、Zn、Sn、W和Mo组成的组中的一种或两种以上的元素。)表示，式中的x为‑1～1，式中的y为1～3，式中的z为‑2～2，A的摩尔数相对于M的摩尔数的比例(A/M)为3～10。

技术领域

本发明涉及可以用作固体电解质型燃料电池(SOFC)、离子电池、空气电池等电池的固体电解质、以及传感器或催化剂、分离膜等的取向性磷灰石型氧化物离子导体及其制造方法。

背景技术

氧化物离子导体是作为可以用于燃料电池(SOFC)、离子电池、空气电池等电池的固体电解质、以及传感器或分离膜等各种电化学器件的功能性陶瓷而受到关注的材料。

作为氧化物离子导体，一直以来，除了广泛地使用具有萤石型结构的ZrO₂、特别是添加了Y₂O₃的稳定化ZrO₂以外，还广泛已知LaGaO₃等钙钛矿型氧化物等。

以往已知的这种氧化物离子导体大多是导入氧缺陷并通过该氧缺陷使氧离子移动的缺陷结构型的氧化物离子导体。与此相对，最近，作为晶格间氧移动的氧化物离子导体，报道了La₁₀Si₆O₂₇等磷灰石型氧化物离子导体。

关于磷灰石型氧化物离子导体，例如专利文献1(日本特开2004-244282号公报)中公开了一种氧化物离子导体，其具有三价元素A、四价元素B和氧O作为构成元素，组成式由A_XB₆O_1.5X+12(其中8≤X≤10)所表示，同时由晶体结构为磷灰石型的复合氧化物构成，并且氧离子的传导率具有各向异性。

在这种磷灰石型氧化物离子导体中，硅酸镧系的氧化物离子导体作为在中温区域发挥出高离子传导性的固体电解质而被熟知，例如组成式La_9.33+xSi₆O_26+1.5x等受到关注。

硅酸镧系的氧化物离子导体具有对称性低、即各向异性高的磷灰石结构，离子传导的活化能低，因而在制成SOFC的固体电解质的情况下，据称对低温操作特别有利。

关于这种硅酸镧系的氧化物离子导体，例如专利文献2(日本特开平8-208333号公报)中公开了一种氧化物离子导体，其特征在于，其以Ln_XSi₆O_(3X/2)+12(其中，Ln为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy的三价稀土元素，x为6x12)作为主要成分，在1300℃以上烧制而成的该烧结体的主构成相的晶系由六方晶构成。

另外，专利文献3(日本特开平11-71169号公报)中公开了一种氧化物离子导电性陶瓷，其特征在于，其为在1700℃以上的温度下烧制而成的以(RE₂O₃)_x(SiO₂)₆(RE为选自La、Ce、Pr、Nd、Sm中的元素，x满足3.5x6的条件。)为主要成分的烧结体，其主构成相为磷灰石晶体结构。

另外，硅酸镧系的氧化物离子导体由于其离子传导性具有各向异性，因而通过使其进行取向，可以期待进一步提高离子传导性。