[发明专利]氧化钪稳定化氧化锆粉末、烧结体、制造方法和燃料电池

说明书

本发明提供结晶结构的稳定性高、并且具有低的晶界电阻值的、高离子导电性的固体氧化物型燃料电池用氧化钪稳定化氧化锆粉末和固体氧化物型燃料电池用氧化钪稳定化氧化锆烧结体以及它们的制造方法。该固体氧化物型燃料电池用氧化钪稳定化氧化锆粉末含有通式(1)(ZrO₂)_1－x－a(Sc₂O₃)_x(Al₂O₃)_a所示的化合物。在式(1)中，0.09≤x≤0.11，并且，0.002≤a＜0.01。结晶结构为菱方晶相。氧化钪稳定化氧化锆粉末的烧结体的结晶结构为立方晶相。氧化钪稳定化氧化锆粉末的烧结体的550℃的晶界电阻值为12Ω·cm以下。

技术领域

本发明涉及固体氧化物型燃料电池用氧化钪稳定化氧化锆粉末及其制造方法、固体氧化物型燃料电池用氧化钪稳定化氧化锆烧结体及其制造方法以及固体氧化物型燃料电池。

背景技术

已知被称为SOFC的固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell)与其他形式的燃料电池相比，发电效率好。因此，SOFC在能够构建能够有效利用能量的新的发电系统的方面受到了关注，近年来，其开发正在积极进行中。

SOFC构成为具有在固体电解质的一个面具有燃料极且在固体电解质的相反侧的面具有空气极的单元电池结构。作为用于形成固体电解质的电解质材料，众所周知的是氧化钇稳定化氧化锆((ZrO₂)_0.92(Y₂O₃)_0.08，以下，简记为“8YSZ”)。另外，使用了作为氧化锆稳定剂的氧化钪的氧化钪稳定化氧化锆((ZrO₂)_0.9(Sc₂O₃)_0.1，以下，简记为“10ScSZ”)也作为固体电解质用的电解质材料被已知。关于10ScSZ，虽然其3点弯曲强度和破坏韧性等机械特性与8YSZ同等，但具有10ScSZ的导电率比8YSZ的导电率高约3倍的特征。

已知10ScSZ的结晶状态在高温区域为立方晶相，但在550℃附近时，会发生从立方晶相向菱方晶相的相转移。发生该相转移时，具有10ScSZ的导电率急剧下降的缺点。即，10ScSZ可以认为是导电率的温度依赖大的材料。另外，由于这样的相转移，引起体积变化，作为结果，也具有10ScSZ的烧结体容易产生微细的裂痕的缺点。

作为提高10ScSZ的性能的方法，例如已知有添加第三成分而使10ScSZ固溶化的技术(例如，参照专利文献1、2等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5－69720号公报

专利文献2：日本特开2000－340240号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在现有的氧化钪稳定化氧化锆材料中，还没有详细分析过第三成分与氧化钪稳定化氧化锆的结晶结构的相关性，因此随着结晶结构的变化，导致导电率的下降。因此，在对氧化钪稳定化氧化锆材料赋予高离子导电性的方面，仍然存在技术问题。

本发明是鉴于上述技术问题而完成的发明，其目的在于：提供结晶结构的稳定性高、并且具有低的晶界电阻值的、高离子导电性的固体氧化物型燃料电池用氧化钪稳定化氧化锆粉末和固体氧化物型燃料电池用氧化钪稳定化氧化锆烧结体以及它们的制造方法以及固体氧化物型燃料电池。

用于解决技术问题的技术方案

为了实现上述目的，本发明人反复精心研究，结果发现在氧化钪稳定化氧化锆中，选择氧化铝作为第三成分，将该氧化铝的含量设为特定范围内，由此能够实现上述目的，直至完成了本发明。