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JP2011190149A - Composite ceramic powder and method for producing the same, and solid oxide fuel cell - Google Patents

Composite ceramic powder and method for producing the same, and solid oxide fuel cell Download PDF

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JP2011190149A JP2010057986A JP2010057986A JP2011190149A JP 2011190149 A JP2011190149 A JP 2011190149A JP 2010057986 A JP2010057986 A JP 2010057986A JP 2010057986 A JP2010057986 A JP 2010057986A JP 2011190149 A JP2011190149 A JP 2011190149A
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zirconium
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Noboru Kinoshita
暢 木下
Ryota Shinozaki
良太 篠崎
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Abstract

【課題】酸化物粒子のナノメートルレベルでの分布性、組成制御性に優れた複合セラミックス粉体の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくともA1−x1−yで表されるペロブスカイト型酸化物または酸化ニッケルと、金属イオンが固溶して酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有する複合セラミックス粉体であって、
初めに、ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、塩基性水溶液中で反応させて、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させ、次いで、A1−x1−yを構成するA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンまたはニッケルイオンと、金属イオンとを、塩基性炭酸ジルコニウム錯体と共沈させ、沈殿物を200℃以上の温度で熱処理する。
【選択図】なし
Disclosed is a method for producing a composite ceramic powder excellent in distribution and composition controllability of oxide particles at the nanometer level.
A perovskite oxide or nickel oxide represented by at least A 1-x B x C 1-y D y O 3 , zirconia in which metal ions are dissolved and oxygen ion conductivity is imparted, A composite ceramic powder containing
First , zirconium ions and carbonate ions are reacted in a basic aqueous solution to form a basic zirconium carbonate complex, and then A constituting A 1-x B x C 1-y D y O 3 , A metal ion or nickel ion selected from the group of B, C and D and a metal ion are coprecipitated with a basic zirconium carbonate complex, and the precipitate is heated at a temperature of 200 ° C. or higher. Heat treatment.
[Selection figure] None

Description

本発明は、複合セラミックス粉体及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)に関し、さらに詳しくは、ジルコニア粒子と、A1−x1−yで示される組成を有するペロブスカイト型酸化物粒子もしくは酸化ニッケル粒子とを含み、粒子の分布性及び組成制御性に優れた複合セラミックス粉体及びその製造方法、この複合セラミックス粉体を電極用材料として用いた固体酸化物形燃料電池に関するものである。 The present invention relates to composite ceramic powder, a method for producing the same, and a solid oxide fuel cell (SOFC), and more specifically, zirconia particles, A 1-x B x C 1-y D y O, and the like. Composite powder having excellent particle distribution and composition controllability, and a method for producing the same, and using the composite ceramic powder as a material for an electrode, comprising perovskite-type oxide particles or nickel oxide particles having a composition represented by 3 The present invention relates to the solid oxide fuel cell used.

近年、環境意識の高まりから、従来の熱機関を用いる発電装置に代えて、電気化学反応によって電力を取り出す燃料電池の開発が盛んに行われている。燃料電池の一種である固体酸化物形燃料電池は、動作温度が600℃以上と高温であることから、電極には耐熱性に優れたセラミックス材料を用いている。   In recent years, with the growing awareness of the environment, development of fuel cells that extract electric power by an electrochemical reaction has been actively conducted in place of a power generation device that uses a conventional heat engine. A solid oxide fuel cell, which is a type of fuel cell, has a high operating temperature of 600 ° C. or higher, and therefore a ceramic material having excellent heat resistance is used for the electrode.

固体酸化物形燃料電池の分野では、各電極は反応触媒としての役割を有しており、反応場となるのは三相界面であるといわれている。
まず、固体酸化物形燃料電池の空気極(正極)における三相とは、酸素イオン導電性を示すセラミックス粒子、電極を構成するセラミックス粒子及び空気等のガスである。例えば、空気極としてA1−x1−y(式中、AはLa及びSmの群から選択される1種または2種の元素、BはSr、Ca及びBaの群から選択される1種または2種以上の元素、CはCo、Ga及びMnの群から選択される1種または2種以上の元素、DはFe、Mg及びNiの群から選択される1種または2種以上の元素であり、0.1≦x≦0.5、0≦y≦1.0)と、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)の複合材料(A1−x1−y−YSZ)、固体電界質としてイットリア安定化ジルコニアを用いた系では、電極を構成するセラミックス粒子であるA1−x1−y、酸素イオン導電性を示すセラミックス粒子であるイットリア安定化ジルコニア、及び空気等のガスの3成分が全て接する部分が三相界面である。したがって、空気極の三相界面を増大させ、酸素還元能を向上させるとともに電子伝導性を向上させることにより、固体酸化物形燃料電池の出力特性を向上させることができる。
In the field of solid oxide fuel cells, each electrode has a role as a reaction catalyst, and it is said that a reaction field is a three-phase interface.
First, the three phases in the air electrode (positive electrode) of the solid oxide fuel cell are ceramic particles exhibiting oxygen ion conductivity, ceramic particles constituting the electrode, and gas such as air. For example, A 1-x B x C 1-y D y O 3 (wherein A is one or two elements selected from the group of La and Sm, and B is Sr, Ca and Ba as the air electrode) One or more elements selected from the group, C is one or more elements selected from the group of Co, Ga and Mn, D is selected from the group of Fe, Mg and Ni Is a seed or two or more elements, 0.1 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 1.0) and yttria-stabilized zirconia (YSZ) composite material (A 1-x B x C 1- y D y O 3 -YSZ), in a system using a yttria-stabilized zirconia as a solid electrolyte, a 1-x B x C 1-y D y O 3 is a ceramic particles constituting the electrode, oxygen ion conductivity Yttria-stabilized zirconia and ceramic particles 3 components are in contact with all parts of the gas and the like is three-phase interface. Therefore, the output characteristics of the solid oxide fuel cell can be improved by increasing the three-phase interface of the air electrode, improving the oxygen reducing ability, and improving the electronic conductivity.

また、固体酸化物形燃料電池の燃料極(負極)における三相とは、酸素イオン導電性を示すセラミックス粒子、電極を構成する金属ないしはセラミックス粒子及び水素等の燃料ガスである。例えば、燃料極としてニッケル−イットリア安定化ジルコニア複合材料(Ni−YSZ)、固体電解質としてイットリア安定化ジルコニアを用いた系では、電極を構成する金属であるニッケル、酸素イオン導電性を示すセラミックス粒子であるイットリア安定化ジルコニア、及び燃料ガスの3成分が全て接する部分が三相界面である。したがって、燃料極の三相界面を増大させ、水素酸化能を向上させるとともに、発生した電子の外部回路への効率的な供給を行うことにより、固体酸化物形燃料電池の出力特性を向上させることができる。
なお、Ni−YSZ燃料極の場合、ニッケルは未動作の状態では酸化物、すなわちセラミックス粒子として存在しており、動作時に還元されてニッケル金属となる。
The three phases in the fuel electrode (negative electrode) of the solid oxide fuel cell are ceramic particles exhibiting oxygen ion conductivity, metal constituting the electrode, or fuel gas such as ceramic particles and hydrogen. For example, in a system using nickel-yttria-stabilized zirconia composite material (Ni-YSZ) as the fuel electrode and yttria-stabilized zirconia as the solid electrolyte, the metal constituting the electrode is nickel, and the ceramic particles exhibit oxygen ion conductivity. The part where all the three components of yttria-stabilized zirconia and fuel gas are in contact is the three-phase interface. Therefore, increasing the three-phase interface of the fuel electrode, improving the hydrogen oxidation ability, and improving the output characteristics of the solid oxide fuel cell by efficiently supplying the generated electrons to the external circuit Can do.
In the case of the Ni—YSZ fuel electrode, nickel is present as an oxide, that is, ceramic particles when not in operation, and is reduced to nickel metal during operation.

このように、空気極、燃料極とも三相界面の大きさや均一性が燃料電池の性能を左右するために、電極を構成するセラミックス粒子を充分に微細化するとともに、それぞれの粒子径がより均一で、分布性や組成制御性に優れた状態とする必要がある。そこで、一次粒子径がより微細であり、ナノメートルレベルで均一に複合化された複合セラミック粒子が望まれている。   Thus, since the size and uniformity of the three-phase interface for both the air electrode and the fuel electrode influence the performance of the fuel cell, the ceramic particles constituting the electrode are sufficiently miniaturized and the particle diameters of each are more uniform. Therefore, it is necessary to make the state excellent in distribution and composition controllability. Therefore, composite ceramic particles having a finer primary particle diameter and uniformly composited at the nanometer level are desired.

燃料電池の電極材料として用いられる、複数種の酸化物を含む複合セラミックス粉体を製造する方法としては、通常、複数種の酸化物粉体をボールミル、自動乳鉢等の解砕・粉砕機を用いて、それぞれの粉体を解砕・粉砕しながら攪拌混合して複合セラミックス粉体とする機械的混合方法が一般的である。また、熱作用により粉末間の結合を促進させるメカノケミカル的手法を併せ持ったメカノケミカル的機械混合法も用いられている。   As a method for producing a composite ceramic powder containing a plurality of types of oxides used as an electrode material of a fuel cell, usually a plurality of types of oxide powders are crushed and pulverized using a ball mill, an automatic mortar or the like. In general, a mechanical mixing method in which each powder is stirred and mixed while being pulverized and pulverized to obtain a composite ceramic powder. In addition, a mechanochemical mechanical mixing method having a mechanochemical method for promoting bonding between powders by a thermal action is also used.

しかしながら、従来の方法で得られた複合セラミックス粉体は、複数種の酸化物1次粒子同士が凝集して不均一に混合された複合粉体であったり、あるいは、複数種の酸化物1次粒子それぞれが凝集して粗大な複合粉体になってしまう等の問題があった。したがって、このような複合粉体を触媒や燃料電池用電極として用いた場合には、特性を充分に発揮することができないという不具合があった。   However, the composite ceramic powder obtained by the conventional method is a composite powder in which a plurality of types of primary oxide particles are aggregated and mixed nonuniformly, or a plurality of types of primary oxides. There was a problem that the particles aggregated into a coarse composite powder. Therefore, when such a composite powder is used as a catalyst or an electrode for a fuel cell, there is a problem that the characteristics cannot be sufficiently exhibited.

そこで、これらの問題点を解決し、燃料電池用電極として用いた場合でも十分な特性を有する複合セラミックス粉体の製造方法として、複合セラミックス粉体を構成する複数種の金属イオン、例えば固体酸化物形燃料電池の空気極原料粉体であれば、La(ランタン)イオン、Sr(ストロンチウム)イオン、Mn(マンガン)イオン、Zr(ジルコニウム)イオン及びY(イットリウム)イオンを含む溶液にアルカリ溶液を加えて中和沈殿物を生成させ、その後、この中和沈殿物を熱処理等することにより酸化物を生成させ、複合セラミックス粉体を得る、いわゆる共沈焼成法が知られている(特許文献1、2)。   Accordingly, as a method for producing a composite ceramic powder that solves these problems and has sufficient characteristics even when used as an electrode for a fuel cell, a plurality of types of metal ions that constitute the composite ceramic powder, such as a solid oxide, are used. For an air electrode raw material powder for a fuel cell, an alkaline solution is added to a solution containing La (lanthanum) ions, Sr (strontium) ions, Mn (manganese) ions, Zr (zirconium) ions and Y (yttrium) ions. A so-called coprecipitation firing method is known in which a neutralized precipitate is produced, and then an oxide is produced by heat-treating the neutralized precipitate to obtain a composite ceramic powder (Patent Document 1, 2).

また、固体酸化物形燃料電池の空気極においては、複合セラミックス粒子の原料粉体の一部を仮焼するとともに粒子径を制御することにより、空気極の経時的劣化を防ぐことも検討されている(特許文献3)。   In addition, in the air electrode of a solid oxide fuel cell, it has been studied to prevent temporal deterioration of the air electrode by pre-calcining a part of the raw material powder of composite ceramic particles and controlling the particle diameter. (Patent Document 3).

一方、固体酸化物形燃料電池の燃料極用複合セラミックス粉体の製造方法としては、イットリア安定化ジルコニアまたはサマリアドープセリアからなる酸素イオン導電性を有する酸化物粉体を、ニッケルイオンまたはコバルトイオンを含む溶液中に浸漬した後、乾燥させ、次いで、加熱処理して酸素イオン導電性を有する酸化物粉体の表面にニッケル酸化物またはコバルト酸化物を保持し、この酸化物粉体にさらにニッケルまたはコバルトの酸化物粉体を混合することで目的とする複合セラミックス粉体を得る方法が提案されている(特許文献4)。   On the other hand, as a method for producing a composite ceramic powder for a fuel electrode of a solid oxide fuel cell, an oxide powder having a conductivity of oxygen ion made of yttria-stabilized zirconia or samaria-doped ceria, nickel ion or cobalt ion is used. After immersing in the solution containing it, it is dried, and then heat-treated to hold nickel oxide or cobalt oxide on the surface of the oxide powder having oxygen ion conductivity, and this oxide powder further contains nickel or There has been proposed a method for obtaining a target composite ceramic powder by mixing cobalt oxide powder (Patent Document 4).

また、複合セラミックス粉体の均一性や組成の制御性に優れた方法としてミスト熱分解法が知られており、例えば、イットリア安定化ジルコニア粒子と酢酸ニッケルとを含む溶液をミスト化し、このミストを乾燥した後に酢酸ニッケルの熱分解温度以上に加熱し、イットリア安定化ジルコニア粒子群が酸化ニッケル粒子群の表面側に偏在した複合体粒子を得る方法が提案されている(特許文献5)。   Further, a mist pyrolysis method is known as a method having excellent uniformity and composition controllability of composite ceramic powder. For example, a solution containing yttria-stabilized zirconia particles and nickel acetate is misted, and this mist is converted into a mist. A method of obtaining composite particles in which yttria-stabilized zirconia particle groups are unevenly distributed on the surface side of nickel oxide particle groups by heating to a temperature higher than the thermal decomposition temperature of nickel acetate after drying has been proposed (Patent Document 5).

特開2000−44245号公報JP 2000-44245 A 特開平9−86932号公報JP-A-9-86932 特開2006−40822号公報JP 2006-40822 A 特許第3565696号公報Japanese Patent No. 3565696 特許第3193294号公報Japanese Patent No. 3193294

しかしながら、特許文献1,2で示された共沈焼成法の場合、共沈の条件により沈殿物中の金属イオンの複合状態が変動するため、この沈殿物を熱処理した際の各セラミックスの生成状態にも変動が生じ、得られる複合セラミックス粒子の特性が均一になり難いという問題点があった。
また、特許文献3で示された複合セラミックス粒子の原料粉体の粒子径を制御する場合においても、その制御範囲はマイクロメートルレベルであった。
また、特許文献4で示された複合セラミックス粉体の製造方法においては、確かに酸素イオン導電性を有する酸化物粉体の表面に、ニッケルまたはコバルトの微細粒子を形成できるものの、表面に保持されるニッケル酸化物またはコバルト酸化物の量には限度があるために組成の制御可能範囲が狭く、さらに組成制御自体が難しかった。
また、特許文献5で示された従来のミスト熱分解法では、確かに、複数種の酸化物の分布の均一性や組成の制御性は改善されるものの、得られた複合体粒子中の酸化物の1次粒子径が大きいという問題があった。
However, in the case of the coprecipitation firing method shown in Patent Documents 1 and 2, since the composite state of metal ions in the precipitate varies depending on the coprecipitation conditions, the state of formation of each ceramic when the precipitate is heat treated In addition, there was a problem that the characteristics of the composite ceramic particles obtained were difficult to be uniform.
Moreover, even when controlling the particle diameter of the raw material powder of the composite ceramic particle disclosed in Patent Document 3, the control range was a micrometer level.
Further, in the method for producing a composite ceramic powder disclosed in Patent Document 4, although fine particles of nickel or cobalt can be formed on the surface of oxide powder having oxygen ion conductivity, it is retained on the surface. Since there is a limit to the amount of nickel oxide or cobalt oxide to be produced, the controllable range of the composition is narrow, and the composition control itself is difficult.
Further, in the conventional mist pyrolysis method disclosed in Patent Document 5, the uniformity of the distribution of plural types of oxides and the controllability of the composition are improved, but the oxidation in the obtained composite particles There was a problem that the primary particle diameter of the product was large.

このように、燃料電池の電極用として示されている製造方法を用いて製造された複合セラミックス粉体であっても、実際に燃料電池用電極として用いた場合には、製造される複合セラミックス粉体の粒子径や組成に起因して、充分な特性が得られないという問題点があった。   Thus, even if the composite ceramic powder is manufactured using the manufacturing method shown for the electrode of the fuel cell, when it is actually used as the electrode for the fuel cell, the manufactured composite ceramic powder Due to the particle size and composition of the body, there is a problem that sufficient characteristics cannot be obtained.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、複数種の酸化物粒子のナノメートルレベルでの分布性、組成制御性に優れた複合セラミックス粉体およびその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の複合セラミックス粉体を電極材料に用いることで、三相界面が多く、固体酸化物形燃料電池の空気極においては酸素還元能と電子伝導性に優れ、また燃料極においては水素酸化能と電子伝導性に優れた固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a composite ceramic powder excellent in distribution and composition controllability at the nanometer level of a plurality of types of oxide particles, and a method for producing the same. The purpose is to do. In addition, by using the composite ceramic powder of the present invention as an electrode material, there are many three-phase interfaces, and in the air electrode of a solid oxide fuel cell, it has excellent oxygen reducing ability and electronic conductivity, and in the fuel electrode, hydrogen An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell excellent in oxidizing ability and electronic conductivity.

本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、A1−x1−y(式中、AはLa及びSmの群から選択される1種または2種の元素、BはSr、Ca及びBaの群から選択される1種または2種以上の元素、CはCo、Ga及びMnの群から選択される1種または2種以上の元素、DはFe、Mg及びNiの群から選択される1種または2種以上の元素であり、0.1≦x≦0.5、0≦y≦1.0)にて表される酸化物または酸化ニッケルと、酸化ジルコニウムに固溶することで酸化ジルコニウムに酸素イオン導電性を付与できる金属Eのイオンが固溶して酸素イオン導電性が付与されたジルコニアとを含有してなる複合セラミックス粉体を製造するに際して、ジルコニア原料としてあらかじめ塩基性炭酸ジルコニウム錯体を作製し、この塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、前記A1−x1−yで表される酸化物を構成するためにA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンまたはニッケルイオンと、金属Eのイオンと、を共沈させて沈殿物を生成させ、この中和沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理すれば、複数種の酸化物粒子のナノメートルレベルでの分布性、組成制御性に優れた複合セラミックス粉体を容易に得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明の製造方法により得られた複合セラミックス粉体を電極材料とすることで、三相界面が多く、酸素還元能と電子伝導性、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた電極を形成し、出力及び特性を向上させた固体酸化物形燃料電池を得ることができることを見出し、併せて本発明を完成するに至った。
As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the present inventors have found that A 1-x B x C 1-y D y O 3 (where A is selected from the group of La and Sm). One or two elements, B is one or more elements selected from the group of Sr, Ca and Ba, and C is one or more elements selected from the group of Co, Ga and Mn The element, D, is one or more elements selected from the group consisting of Fe, Mg and Ni, and is an oxidation represented by 0.1 ≦ x ≦ 0.5 and 0 ≦ y ≦ 1.0) Or nickel oxide, and zirconia to which oxygen ion conductivity is imparted by solid solution of ions of metal E that can impart oxygen ion conductivity to zirconium oxide by solid solution in zirconium oxide As a zirconia raw material, To produce a basic zirconium carbonate complex, the the basic zirconium carbonate complex, the A 1-x B x C 1 -y D y O 3 represented A in order to configure the oxides, B, C and D One or two or more kinds of metal ions or nickel ions selected from the group of the above and metal E ions are co-precipitated to form a precipitate, and this neutralized precipitate is brought to a temperature of 200 ° C. or higher. As a result, it was found that a composite ceramic powder excellent in distribution and composition controllability at the nanometer level of a plurality of types of oxide particles can be easily obtained by heat treatment, and the present invention has been completed.
In addition, by using the composite ceramic powder obtained by the production method of the present invention as an electrode material, an electrode having many three-phase interfaces and excellent in oxygen reduction ability and electron conductivity or hydrogen oxidation ability and electron conductivity can be obtained. It has been found that a solid oxide fuel cell having an improved output and characteristics can be obtained, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法は、少なくともA1−x1−y(式中、AはLa及びSmの群から選択される1種または2種の元素、BはSr、Ca及びBaの群から選択される1種または2種以上の元素、CはCo、Ga及びMnの群から選択される1種または2種以上の元素、DはFe、Mg及びNiの群から選択される1種または2種以上の元素であり、0.1≦x≦0.5、0≦y≦1.0)にて表される酸化物または酸化ニッケルと、酸化ジルコニウムに固溶することで酸化ジルコニウムに酸素イオン導電性を付与できる金属Eのイオンが固溶して酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、塩基性水溶液中で反応させて、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させる第1の工程と、前記A1−x1−yで表される酸化物を構成するためにA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンまたはニッケルイオンと、前記金属Eのイオンとを、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させた塩基性水溶液中に添加することにより、前記A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む第1の沈殿物、または、前記ニッケルイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む第2の沈殿物を生成させる第2の工程と、前記第1または第2の沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理する第3の工程と、を有することを特徴とする。 That is, the method for producing the composite ceramic powder of the present invention comprises at least A 1-x B x C 1-y D y O 3 (wherein A is one or two selected from the group of La and Sm). Element, B is one or more elements selected from the group of Sr, Ca and Ba, C is one or more elements selected from the group of Co, Ga and Mn, D is Fe, An oxide or nickel oxide that is one or more elements selected from the group of Mg and Ni, represented by 0.1 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 1.0), A method for producing a composite ceramic powder comprising zirconia in which ions of a metal E capable of imparting oxygen ion conductivity to zirconium oxide by being dissolved in zirconium oxide are dissolved and oxygen ion conductivity is imparted Zirconium ions and carbonate ions And a first step of forming a basic zirconium carbonate complex by reacting in a basic aqueous solution with the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 In order to achieve this, a base in which the basic zirconium carbonate complex is formed from one or more metal ions or nickel ions selected from the group of A, B, C and D and the metal E ion An ion of one or more metals selected from the group of A, B, C and D, an ion of the metal E, the basic zirconium carbonate complex, A second step of generating a first precipitate containing a complex salt comprising: or a second precipitate comprising a complex salt comprising the nickel ion, the metal E ion, and the basic zirconium carbonate complex. And the first or A third step of heat treatment in the second precipitate 200 ° C. or higher temperatures, and having a.

また、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法においては、少なくともA1−x1−yにて表される酸化物と、前記金属Eのイオンが固溶することで酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、前記第1の工程において、前記ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、前記ジルコニウムイオン量の3.2倍以上かつ5.3倍以下の前記炭酸イオン量を含有する塩基性水溶液中で反応させて、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させ、前記第3の工程において、前記第2の工程で生成される前記第1の沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理することが好ましい。 In the method for producing a composite ceramic powder of the present invention, at least the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 and the ions of the metal E are dissolved. A method for producing a composite ceramic powder comprising zirconia to which oxygen ion conductivity is imparted, wherein, in the first step, the zirconium ion and the carbonate ion are mixed with the amount of zirconium ion of 3. The basic zirconium carbonate complex is formed by reacting in the basic aqueous solution containing the carbonate ion amount of 2 times or more and 5.3 times or less, and formed in the second step in the third step. It is preferable that the first precipitate to be heat-treated at a temperature of 200 ° C. or higher.

また、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法においては、酸化ニッケルと、前記金属Eのイオンが固溶することで酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、前記第1の工程において、前記ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、前記ジルコニウムイオン量の0.5倍以上かつ5.3倍以下の前記炭酸イオン量を含有する塩基性水溶液中で反応させて、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させ、前記第3の工程において、前記第2の工程で生成される前記第2の沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理することが好ましい。   Further, in the method for producing a composite ceramic powder of the present invention, the composite ceramic powder comprising nickel oxide and zirconia to which oxygen ion conductivity is imparted by solid dissolution of the metal E ions. The basic aqueous solution containing the amount of the zirconium ion and the carbonate ion in the first step, the amount of the carbonate ion being not less than 0.5 times and not more than 5.3 times the amount of the zirconium ion in the first step. Reacting in to form the basic zirconium carbonate complex, and in the third step, the second precipitate produced in the second step is heat-treated at a temperature of 200 ° C. or higher. preferable.

前記塩基性水溶液のpHが7以上かつ9以下であることが好ましい。   It is preferable that pH of the basic aqueous solution is 7 or more and 9 or less.

本発明の複合セラミックス粉体は、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法により得られることを特徴とする。   The composite ceramic powder of the present invention is obtained by the method for producing a composite ceramic powder of the present invention.

本発明の固体酸化物形燃料電池は、本発明の複合セラミックス粉体を電極材料として用いることを特徴とする。   The solid oxide fuel cell of the present invention is characterized by using the composite ceramic powder of the present invention as an electrode material.

本発明の複合セラミックス粉体の製造方法によれば、少なくともA1−x1−yにて表される酸化物または酸化ニッケルと、酸化ジルコニウムに固溶することで酸化ジルコニウムに酸素イオン導電性を付与できる金属Eのイオンが固溶して酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、初めに、ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、塩基性水溶液中で反応させて、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させ、次いで、前記A1−x1−yで表される酸化物を構成するためにA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンまたはニッケルイオンと、前記金属Eのイオンとを、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させた塩基性水溶液中に添加することにより、前記A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む第1の沈殿物、または、前記ニッケルイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む第2の沈殿物を生成させ、次いで、この第1または第2の沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理することとしたので、複数種の酸化物粒子におけるナノメートルレベルでの分布性、組成制御性に優れるとともに、固体酸化物形燃料電池に適用した際には、三相界面が多く、酸素還元能と電子伝導性、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた電極を形成することが可能な複合セラミックス粉体を、容易かつ安価に得ることができる。 According to the manufacturing method of a composite ceramic powder of the present invention, an oxide or nickel oxide expressed by at least A 1-x B x C 1 -y D y O 3, oxides by solid solution in the zirconium oxide A method for producing a composite ceramic powder comprising zirconia in which ions of metal E capable of imparting oxygen ion conductivity to zirconium are dissolved and oxygen ion conductivity is imparted. And carbonate ions are reacted in a basic aqueous solution to form a basic zirconium carbonate complex, and then an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 is formed. Therefore, one or more kinds of metal ions or nickel ions selected from the group of A, B, C and D, and the ions of the metal E are formed into the basic zirconium carbonate complex. By adding to the basic aqueous solution, ions of one or more metals selected from the group of A, B, C and D, ions of the metal E, and the basic zirconium carbonate A first precipitate containing a complex salt consisting of a complex, or a second precipitate containing a complex salt consisting of the nickel ion, the metal E ion, and the basic zirconium carbonate complex, Next, since the first or second precipitate is heat-treated at a temperature of 200 ° C. or higher, it is excellent in nanometer level distribution and composition controllability in a plurality of types of oxide particles, and solid oxidation. When applied to physical fuel cells, composite ceramic powders that have many three-phase interfaces and can form electrodes with excellent oxygen reducing ability and electronic conductivity, or hydrogen oxidizing ability and electronic conductivity. It can be obtained easily and inexpensively.

また、本発明の複合セラミックス粉体によれば、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法により得られるので、複数種の酸化物粒子におけるナノメートルレベルでの分布性、組成制御性に優れるとともに、固体酸化物形燃料電池に適用した際には、酸素還元能と電子伝導性、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた電極を形成することが可能な複合セラミックス粉体を提供することができる。   In addition, according to the composite ceramic powder of the present invention, since it is obtained by the method for producing a composite ceramic powder of the present invention, the nanometer level distribution and composition controllability in a plurality of types of oxide particles are excellent, When applied to a solid oxide fuel cell, it is possible to provide a composite ceramic powder capable of forming an electrode excellent in oxygen reduction ability and electron conductivity, or hydrogen oxidation ability and electron conductivity. .

また、本発明の固体酸化物形燃料電池によれば、本発明の複合セラミックス粉体を電極材料として用いたので、三相界面が広く、且つ酸素還元能と電子伝導性に優れた燃料極、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた空気極を形成することができ、その結果、電池の出力及び特性を向上させることができる。   Further, according to the solid oxide fuel cell of the present invention, since the composite ceramic powder of the present invention is used as an electrode material, a fuel electrode having a wide three-phase interface and excellent oxygen reduction ability and electronic conductivity, Or the air electrode excellent in hydrogen oxidation ability and electronic conductivity can be formed, As a result, the output and characteristic of a battery can be improved.

本発明の一実施形態の固体酸化物形燃料電池の電極を評価するための電気化学特性評価装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electrochemical property evaluation apparatus for evaluating the electrode of the solid oxide fuel cell of one Embodiment of this invention. 本発明の実施例1の複合セラミックス粉体の粉末X線回折(XRD)パターンである。It is a powder X-ray-diffraction (XRD) pattern of the composite ceramic powder of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の複合セラミックス粉体の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the composite ceramic powder of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の複合セラミックス粉体の粉末X線回折(XRD)パターンである。It is a powder X-ray-diffraction (XRD) pattern of the composite ceramic powder of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の複合セラミックス粉体の粉末X線回折(XRD)パターンである。It is a powder X-ray-diffraction (XRD) pattern of the composite ceramic powder of Example 3 of this invention.

本発明の複合セラミックス粉体の製造方法及び固体酸化物形燃料電池を実施するための最良の形態について説明する。なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。   The best mode for carrying out the method for producing composite ceramic powder and the solid oxide fuel cell of the present invention will be described. This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

ここで、以下の説明を簡略にするため、A1−x1−yで表される酸化物を構成するためにA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の元素及びニッケルをまとめて、「元素M」と称する場合がある。同様に、A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオン及びニッケルイオンをまとめて、元素Mのイオンと称する場合がある。
また、以下の説明においては、「酸化ジルコニウムに固溶することで酸化ジルコニウムに酸素イオン導電性を付与できる金属Eのイオン」を「金属Eのイオン」と称し、同様に、該イオンの元となる金属を「金属E」と称する。
Here, in order to simplify the following description, it is selected from the group of A, B, C, and D to constitute an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3. One or more elements and nickel may be collectively referred to as “element M”. Similarly, one or more metal ions and nickel ions selected from the group of A, B, C, and D may be collectively referred to as element M ions.
Further, in the following description, “ion of metal E that can give oxygen ion conductivity to zirconium oxide by dissolving in zirconium oxide” is referred to as “ion of metal E”, and similarly, This metal is called “Metal E”.

さらに、本願における「金属Eのイオンが固溶することで酸素イオン導電性が付与されたジルコニア」を「酸素イオン導電性ジルコニア」と称する場合がある。
そして、以下の説明において「ジルコニア」とは酸化ジルコニウムだけではなく、酸化ジルコニウムを主成分とし各種金属が固溶した酸化ジルコニウム、例えば金属イオンが固溶することで酸素イオン導電性が向上した酸化ジルコニウムを含むものとする。一方、「酸化ジルコニウム」とは、意図的な添加物を含まないジルコニウムの酸化物のみを意味するものとする。
また、以下の説明において「ジルコニウムイオン」とは、ジルコニウムイオン(Zr4+)だけでなく、オキシジルコニウムイオン(ZrO2+)を含むものとする。これは、溶液中および錯塩中でジルコニウムがいずれの状態となっているかの特定が困難であるためである。
Furthermore, the “zirconia imparted with oxygen ion conductivity by the solid solution of metal E ions” in this application may be referred to as “oxygen ion conductive zirconia”.
In the following description, “zirconia” is not only zirconium oxide but also zirconium oxide containing zirconium oxide as a main component and various metals in solid solution, for example, zirconium oxide whose oxygen ion conductivity is improved by solid solution of metal ions. Shall be included. On the other hand, “zirconium oxide” means only an oxide of zirconium that does not contain an intentional additive.
In the following description, “zirconium ions” include not only zirconium ions (Zr 4+ ) but also oxyzirconium ions (ZrO 2+ ). This is because it is difficult to specify which state of zirconium is in the solution and the complex salt.

[複合セラミックス粉体の製造方法]
本発明の複合セラミックス粉体の製造方法は、少なくともA1−x1−yにて表される酸化物または酸化ニッケルと、酸素イオン導電性ジルコニア(金属Eのイオンが固溶することで酸素イオン導電性が付与されたジルコニア)と、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、初めに、ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、塩基性水溶液中で反応させて、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させ、次いで、元素Mのイオン(前記A1−x1−yで表される酸化物を構成するためにA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンまたはニッケルイオン)と、金属Eのイオンとを、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させた塩基性水溶液中に添加することにより、A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンと、金属Eのイオンと、塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む第1の沈殿物、または、ニッケルイオンと、金属Eのイオンと、塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む第2の沈殿物を生成させ、次いで、この沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理することを特徴とする製造方法である。
[Production method of composite ceramic powder]
The method for producing a composite ceramic powder of the present invention includes an oxide or nickel oxide represented by at least A 1-x B x C 1-y D y O 3 and oxygen ion conductive zirconia (ion of metal E is present). Zirconia imparted with oxygen ion conductivity by solid solution), and firstly, zirconium ions and carbonate ions are reacted in a basic aqueous solution. To form a basic zirconium carbonate complex, and then to form an oxide represented by the ions of the element M (the A 1-x B x C 1-y D y O 3 , A, B, C And one or more metal ions or nickel ions selected from the group of D) and metal E ions are added to the basic aqueous solution in which the basic zirconium carbonate complex is formed. The first precipitate containing a complex salt comprising one or more metal ions selected from the group of A, B, C and D, a metal E ion, and a basic zirconium carbonate complex Or generating a second precipitate containing a complex salt composed of nickel ions, metal E ions, and a basic zirconium carbonate complex, and then heat-treating the precipitate at a temperature of 200 ° C. or higher. Is a manufacturing method characterized by

ここで、「塩基性炭酸ジルコニウム錯体」とは、後述するように、本願発明の複合セラミックス粉体の製造方法において、中性ないしは塩基性溶液中で生じる炭酸ジルコニウム錯体を指している。本明細書中では、通常の炭酸ジルコニウム錯体と区別するために、塩基性炭酸ジルコニウム錯体という用語を用いている。   Here, the “basic zirconium carbonate complex” refers to a zirconium carbonate complex produced in a neutral or basic solution in the method for producing a composite ceramic powder of the present invention, as will be described later. In this specification, the term basic zirconium carbonate complex is used in order to distinguish from a normal zirconium carbonate complex.

本発明においては、始めに形成させた陰イオンである塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、陽イオンである元素Mのイオン及び金属Eのイオンとを反応させて、錯塩の沈殿物を形成させることが特徴である。この沈殿物は、錯塩、すなわち化学的反応生成物であるから、元素Mのイオン及び金属Eのイオンと、ジルコニウムイオンとは、原子レベルで混合された状態を形成している。このようにして得られた第1または第2の沈殿物を熱処理して酸化物を得れば、元素M及び金属Eと、ジルコニウムとが、原子レベルで混合された酸化物を得ることができることになる。
また、熱処理時に相分離が発生したとしても、熱処理条件を制御すれば、分相した各相の凝集や成長を抑えることができるから、結果として、元素Mにより形成された酸化物と、金属Eのイオンが固溶したジルコニアとが、ナノメートルサイズで混合した複合セラミックス粉体を得ることができる。
In the present invention, the basic zirconium carbonate complex, which is an anion formed first, is reacted with ions of element M and metal E, which are cations, to form a complex salt precipitate. It is. Since this precipitate is a complex salt, that is, a chemical reaction product, the ions of the element M and the ions of the metal E and the zirconium ions form a mixed state at the atomic level. If an oxide is obtained by heat-treating the first or second precipitate thus obtained, an oxide in which element M, metal E, and zirconium are mixed at an atomic level can be obtained. become.
Even if phase separation occurs during the heat treatment, if the heat treatment conditions are controlled, aggregation and growth of each phase separated can be suppressed. As a result, the oxide formed by the element M and the metal E It is possible to obtain a composite ceramic powder in which the zirconia in which the ions are dissolved is mixed in a nanometer size.

さらに得られた沈殿物は、錯塩、つまり反応性生物であるから、その組成比は一定であって、沈殿内で元素Mおよび金属Eとジルコニウムとの組成比が変動することはない。すなわち、組成比が安定し、特性のばらつきがない複合セラミックス粉体を得ることができる。   Further, since the obtained precipitate is a complex salt, that is, a reactive organism, the composition ratio thereof is constant, and the composition ratio of the element M, the metal E, and zirconium does not vary in the precipitate. That is, a composite ceramic powder having a stable composition ratio and no variation in characteristics can be obtained.

本発明において、初めに塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成するのは、次の理由による。
本発明に類似の複合セラミックス粉体の製造方法として、炭酸塩を含む塩基性溶液に、ジルコニウムイオンと、元素Mのイオンと、金属Eのイオンとを同時に加えることにより、元素Mのイオンと、金属Eのイオンと、塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む沈殿物を得る方法がある。この方法においても塩基性炭酸ジルコニウム錯体が得られる理由としては、塩基性炭酸ジルコニウム錯体の生成速度が、ジルコニウム、元素M及び金属Eの酸化物や水酸化物等の生成速度より速いために、まず塩基性炭酸ジルコニウム錯体が形成するためと考えられる。
In the present invention, the basic zirconium carbonate complex is first formed for the following reason.
As a method for producing a composite ceramic powder similar to the present invention, by adding zirconium ion, element M ion and metal E ion simultaneously to a basic solution containing carbonate, the element M ion, There is a method of obtaining a precipitate containing a complex salt composed of a metal E ion and a basic zirconium carbonate complex. In this method, the basic zirconium carbonate complex can be obtained because the production rate of the basic zirconium carbonate complex is faster than the production rate of oxides, hydroxides, etc. of zirconium, element M and metal E. This is probably because a basic zirconium carbonate complex is formed.

しかしながら、この方法では、塩基性炭酸ジルコニウム錯体の形成と、沈殿物の形成とが明確な段階を追って行われる訳ではないから、塩基性炭酸ジルコニウム錯体が完全に形成される前に、生成物が沈殿してしまう虞がある。塩基性炭酸ジルコニウム錯体が完全に形成されていない状態では、当該錯体の陰イオンとしての価数も一定しておらず、この錯体に錯塩として結合する陽イオン、すなわち元素Mのイオンと金属Eのイオンの量に変動が生じる。このため、形成した沈殿物における組成の均一性は、塩基性炭酸ジルコニウム錯体が全く形成されない場合に比べれば好転するものの、必ずしも良好な状態とは言うことができない。   However, in this method, since the formation of the basic zirconium carbonate complex and the formation of the precipitate are not performed in a clear step, the product is formed before the basic zirconium carbonate complex is completely formed. There is a risk of precipitation. In a state where the basic zirconium carbonate complex is not completely formed, the valence as the anion of the complex is not constant, and the cation bonded to the complex as a complex salt, that is, the ion of the element M and the metal E Variations in the amount of ions occur. For this reason, although the uniformity of the composition in the formed precipitate is improved as compared with the case where no basic zirconium carbonate complex is formed, it cannot always be said to be in a good state.

これに対して、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法においては、あらかじめ塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成し、この錯体が安定な状態となってから、陽イオンである元素Mのイオンや金属Eのイオンと反応させて沈殿を形成させる。これにより、得られた沈殿物における成分の分布と組成比はより均一性の高いものとなり、その結果、この沈殿物を熱処理して得られる複合セラミックス粉体においては、各成分、すなわちA1−x1−yで表される酸化物、酸化ニッケル、酸素イオン導電性ジルコニア、のいずれの結晶子径をもより小さくすることができるとともに、A1−x1−yで表される酸化物と酸素イオン導電性ジルコニア、または酸化ニッケルと酸素イオン導電性ジルコニアとの均一性により優れた、複合セラミックス粉体を得ることができる。 On the other hand, in the method for producing a composite ceramic powder of the present invention, a basic zirconium carbonate complex is formed in advance, and after this complex becomes stable, ions of the element M as a cation or metal E To form a precipitate. As a result, the distribution and composition ratio of the components in the obtained precipitate are more uniform. As a result, in the composite ceramic powder obtained by heat-treating the precipitate, each component, that is, A 1-1 x B x C 1-y D y O 3 oxide represented, nickel oxide, oxygen ion conductivity of zirconia, it is also a smaller one of the crystallite diameter, a 1-x B x C A composite ceramic powder excellent in uniformity between the oxide represented by 1-y D y O 3 and oxygen ion conductive zirconia or between nickel oxide and oxygen ion conductive zirconia can be obtained.

「複合セラミックス粉体」
初めに、本発明の製造方法により作製される複合セラミックス粉体について説明する。
本発明の製造方法により作製される複合セラミックス粉体は、A1−x1−yで表される酸化物と、酸素イオン導電性ジルコニアとにより形成される複合セラミックス粉体(複合セラミックス粉体X)、あるいは、酸化ニッケルと、酸素イオン導電性ジルコニアとにより形成される複合セラミックス粉体(複合セラミックス粉体Y)である。
"Composite ceramic powder"
First, the composite ceramic powder produced by the production method of the present invention will be described.
Composite ceramic powder is produced by the production method of the present invention, A 1-x B x C 1-y D y and oxide represented by O 3, oxygen ion conductive zirconia and composite ceramic powder formed by Or a composite ceramic powder (composite ceramic powder Y) formed of nickel oxide and oxygen ion conductive zirconia.

まず、A1−x1−yにて表される酸化物としては、ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物が好適であって、AはLa及びSmの群から選択される1種または2種の元素、BはSr、Ca及びBaの群から選択される1種または2種以上の元素、CはCo、Ga及びMnの群から選択される1種または2種以上の元素、DはFe、Mg及びNiの群から選択される1種または2種以上の元素であり、xとyはそれぞれ0.1≦x≦0.5、0≦y≦1.0の範囲を有するものである。 First, as an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3, an oxide having a perovskite crystal structure is preferable, and A is selected from the group of La and Sm. 1 or 2 elements, B is one or more elements selected from the group of Sr, Ca and Ba, C is one or more elements selected from the group of Co, Ga and Mn And D is one or more elements selected from the group of Fe, Mg and Ni, and x and y are 0.1 ≦ x ≦ 0.5 and 0 ≦ y ≦ 1.0, respectively. It has a range.

また、金属Eのイオンが固溶することで酸素イオン導電性が付与されたジルコニア(酸素イオン導電性ジルコニア)としては、酸化ジルコニウムに対して酸化イットリウム、酸化サマリウム、酸化スカンジウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムから選択される1種または2種以上の成分が固溶してなり、その固溶量が酸化ジルコニウムに対してモル百分率で0%を超えかつ30%未満、より好ましくは0.03%を超え20%未満であるものを示している。なお、酸化イットリウムなどが固溶した酸化ジルコニウムは安定化ジルコニアとも呼ばれ、機械的特性にも優れており、この点からも特性の向上が図られている。
なお、固溶成分のモル数は酸化物としてのモル数であって、金属Eのイオンとしてのモル数ではない。例えば酸化イットリウムであれば、Yとしてのモル数であってY3+としてのモル数ではない。
Moreover, as zirconia (oxygen ion conductive zirconia) to which oxygen ion conductivity is imparted by solid solution of ions of metal E, yttrium oxide, samarium oxide, scandium oxide, calcium oxide, magnesium oxide with respect to zirconium oxide. One or two or more components selected from the above are dissolved, and the amount of the solid solution is more than 0% and less than 30%, more preferably more than 0.03% in molar percentage with respect to zirconium oxide. It shows less than 20%. Zirconium oxide in which yttrium oxide or the like is dissolved is also referred to as stabilized zirconia and has excellent mechanical characteristics. From this point, the characteristics are improved.
The number of moles of the solid solution component is the number of moles as an oxide, not the number of moles as an ion of metal E. For example, in the case of yttrium oxide, it is the number of moles as Y 2 O 3 and not the number of moles as Y 3+ .

本発明の製造方法により作製される複合セラミックス粉体Xにおける、A1−x1−yで表される酸化物と、酸素イオン導電性ジルコニアとの比率は、A1−x1−yで表される酸化物の質量をLw、酸素イオン導電性ジルコニアの質量をZwとして、これら各成分の質量比、(Lw/Zw)が、0.11を越えかつ9未満であることが好ましい。
また、本発明の製造方法により作製される複合セラミックス粉体Yにおける、酸化ニッケルと、酸素イオン導電性ジルコニアとの比率は、酸化ニッケルの質量をNw、酸素イオン導電正ジルコニアの質量をZwとして、これら各成分の質量比、(Nw/Zw)が、0.21を越えかつ17.2未満の範囲であることが好ましい。
The ratio of the composite ceramic powder X made by the production method of the present invention, the oxide represented by A 1-x B x C 1 -y D y O 3, the oxygen ion conductive zirconia, A 1 -x B x C 1-y D y O 3 Lw mass of the oxide represented by the mass of the oxygen ion conductive zirconia as Zw, the mass ratio of each component, is (Lw / Zw), 0. Preferably it is greater than 11 and less than 9.
The ratio of nickel oxide to oxygen ion conductive zirconia in the composite ceramic powder Y produced by the manufacturing method of the present invention is such that the mass of nickel oxide is Nw and the mass of oxygen ion conductive positive zirconia is Zw. The mass ratio (Nw / Zw) of these components is preferably in the range of more than 0.21 and less than 17.2.

本発明の複合セラミックス粉体における、A1−x1−yにて表される酸化物または酸化ニッケルと、酸素イオン導電性ジルコニアとの比率を上記の範囲とする理由は、本発明の製造方法における熱処理に際して、上記の範囲を外れた比率では、酸化物または酸化ニッケルと、酸素イオン導電性ジルコニアとのいずれか一方が過剰に存在するため、過剰に存在する成分微粒子同士の融着や粒成長が進みやすくなり、微細粒子が均一に分散した複合セラミックス粉体が得られなくなるためである。そして、このような複合セラミックス粉体を用いて固体酸化物形燃料電池の電極を形成した場合には、良好な電極特性が得られないためである。
また、複合セラミックス粉体Yにおいて、酸化ニッケルが酸素イオン導電性ジルコニアに対して少なすぎる場合には、得られる複合セラミックス粉体を用いて形成した固体酸化物形燃料電池の燃料極における導電性が低下するため、やはり良好な電極特性が得られないためである。
The reason for the composite ceramic powder of the present invention, an oxide or nickel oxide represented by A 1-x B x C 1 -y D y O 3, the ratio of the oxygen ion conductivity of zirconia in the range of the In the heat treatment in the production method of the present invention, at a ratio outside the above range, either one of oxide or nickel oxide and oxygen ion conductive zirconia is excessively present. This is because fusion and grain growth between each other easily proceed, and a composite ceramic powder in which fine particles are uniformly dispersed cannot be obtained. This is because when such a composite ceramic powder is used to form an electrode of a solid oxide fuel cell, good electrode characteristics cannot be obtained.
Further, in the composite ceramic powder Y, when the nickel oxide is too small relative to the oxygen ion conductive zirconia, the conductivity in the fuel electrode of the solid oxide fuel cell formed using the obtained composite ceramic powder is low. This is because good electrode characteristics cannot be obtained.

「塩基性炭酸ジルコニウム錯体の調製」
本発明の製造方法では、初めに塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成する。この塩基性炭酸ジルコニウム錯体は、ジルコニウムイオンに炭酸イオン(CO 2−)及び水酸基(OH)が配位して形成された、陰イオン錯体である。ただし、その組成は明確になっておらず、[ZrO(CO(OH)(2k+l−2)−、あるいは[Zr(CO(OH)(2m+n−4)−のように記載される。
"Preparation of basic zirconium carbonate complex"
In the production method of the present invention, a basic zirconium carbonate complex is first formed. This basic zirconium carbonate complex is an anionic complex formed by coordination of carbonate ions (CO 3 2− ) and hydroxyl groups (OH) to zirconium ions. However, the composition is not clear, and [ZrO (CO 3 ) k (OH) l ] (2k + 1−2) − or [Zr (CO 3 ) m (OH) n ] (2m + n−4) − It is described as follows.

塩基性炭酸ジルコニウム錯体を作製する方法としては、例えば次に挙げる例が示されており、ジルコニウムイオンを含む溶液に、溶液が塩基性を示す炭酸塩(以下、塩基性炭酸塩)の溶液を添加して得ることができる(Materials Research Bulletin 2002,37,1933−1940)。
塩基性炭酸塩溶液としては、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸水素ナトリウム(NaHCO)、炭酸水素カリウム(KHCO)、炭酸アンモニウム((NHCO)、炭酸水素アンモニウム(NHHCO)の水溶液等を用いることができる。これらの中では、特にアンモニウムイオンを含む(NHCOやNHHCOの水溶液を好適に用いることができる。これは、炭酸アルカリ中のNaやKイオン等の金属イオンが沈殿物中に残留すると、得られる複合セラミックス粉体中にこれら金属イオンが残留し、最終的に得られる固体酸化物形燃料電池の特性に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。
この塩基性炭酸塩溶液における濃度としては、特に制限を設けるものではないが、生産性やハンドリングの観点から0.1mol%〜5mol%の範囲が好ましい。
For example, the following method is shown as a method for preparing a basic zirconium carbonate complex, and a solution of carbonate (hereinafter, basic carbonate) in which the solution is basic is added to a solution containing zirconium ions. (Materials Research Bulletin 2002, 37, 1933-1940).
As the basic carbonate solution, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ), potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ), ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 An aqueous solution of CO 3 ), ammonium hydrogen carbonate (NH 4 HCO 3 ), or the like can be used. Among these, an aqueous solution of (NH 4 ) 2 CO 3 or NH 4 HCO 3 containing ammonium ions can be preferably used. This is because when metal ions such as Na + and K + ions in the alkali carbonate remain in the precipitate, these metal ions remain in the obtained composite ceramic powder, and finally the solid oxide fuel obtained This is because the battery characteristics may be adversely affected.
The concentration in the basic carbonate solution is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 mol% to 5 mol% from the viewpoint of productivity and handling.

この塩基性炭酸ジルコニウム錯体を安定に存在させるためには、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を溶解している溶液のpHが7以上、すなわち中性からアルカリ性であることが好ましい。溶液が酸性の場合、塩基性炭酸ジルコニウム錯体が形成されず、結果として元素Mのイオン(A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオン及びニッケルイオン)と、金属Eのイオンと、塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む沈殿物が安定して形成されなくなる虞がある。
また、溶液のpHが12より高くなった場合には、ジルコニウムが炭酸塩や水酸化物として沈殿してしまい、やはり元素Mのイオンと、金属Eのイオンと、塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む沈殿物が安定して形成されなくなる虞がある。
さらに、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を溶解している溶液のpHが変動することにより、塩基性炭酸ジルコニウム錯体の組成が変動する可能性がある。
これらのことから、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を安定に存在させるためには、後の沈殿形成時を含めて、液のpHを7以上かつ12以下で一定に保つことが好ましい。
In order to allow the basic zirconium carbonate complex to exist stably, the pH of the solution in which the basic zirconium carbonate complex is dissolved is preferably 7 or more, that is, neutral to alkaline. When the solution is acidic, a basic zirconium carbonate complex is not formed, and as a result, ions of element M (one or more metal ions selected from the group of A, B, C and D and nickel ions) Then, there is a possibility that a precipitate containing a complex salt composed of ions of metal E and a basic zirconium carbonate complex may not be stably formed.
Also, when the pH of the solution is higher than 12, zirconium precipitates as carbonates or hydroxides, again from the ions of element M, the ions of metal E, and the basic zirconium carbonate complex. There is a possibility that a precipitate containing the complex salt is not stably formed.
Furthermore, there is a possibility that the composition of the basic zirconium carbonate complex varies due to the variation in pH of the solution in which the basic zirconium carbonate complex is dissolved.
From these facts, in order to allow the basic zirconium carbonate complex to exist stably, it is preferable to keep the pH of the liquid constant at 7 or more and 12 or less, including during subsequent precipitation.

pHを一定に保つ方法としては、ジルコニウムイオンを含む溶液が通常は酸性のため、アルカリ性の溶液を添加すればよい。すなわち、塩基性炭酸塩の溶液にジルコニウムイオンを含む溶液を添加する際に、同時にアルカリ性の溶液を添加すれば良い。アルカリ性の溶液は特に限定はされないが、強アルカリ性の溶液ではpHを一定に保つことが難しくなることや、金属イオンを含まないほうが好ましいことから、アンモニア水を用いることが好ましい。また、アンモニア水と、上記(NHCOやNHHCOの組み合わせであれば、水溶液のpHを一定に保つバッファ効果があることから、より好適である。 As a method for keeping the pH constant, an alkaline solution may be added because a solution containing zirconium ions is usually acidic. That is, when adding a solution containing zirconium ions to a basic carbonate solution, an alkaline solution may be added simultaneously. The alkaline solution is not particularly limited, but it is preferable to use aqueous ammonia because a strong alkaline solution makes it difficult to keep the pH constant and does not contain metal ions. A combination of ammonia water and the above (NH 4 ) 2 CO 3 or NH 4 HCO 3 is more preferable because it has a buffer effect of keeping the pH of the aqueous solution constant.

次に、ジルコニウムイオン量と炭酸イオン量の比率については、製造する複合セラミックス粉体の種類によって変わり、複合セラミックス粉体Xの製造方法においては、ジルコニウムイオン量の3.2倍以上かつ5.3倍以下の炭酸イオン量を用いることが好ましい。
ここで、塩基性水溶液中の炭酸イオン量を、ジルコニウムイオン量の3.2倍以上かつ5.3倍以下とする理由は、後の工程でA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンと、金属Eのイオンとを添加した際に、生成する第1の沈殿物の組成が炭酸イオン量とジルコニウムイオン量との比率により変動し、この範囲を外れると目的とする組成の沈殿物が得られないためである。
Next, the ratio between the amount of zirconium ions and the amount of carbonate ions varies depending on the type of composite ceramic powder to be manufactured. In the method for manufacturing the composite ceramic powder X, the amount of zirconium ions is 3.2 times or more and 5.3. It is preferable to use a carbonate ion amount that is twice or less.
Here, the reason why the carbonate ion amount in the basic aqueous solution is 3.2 times or more and 5.3 times or less the zirconium ion amount is selected from the group of A, B, C, and D in a later step. When one or more kinds of metal ions and metal E ions are added, the composition of the first precipitate produced varies depending on the ratio of the carbonate ion amount and the zirconium ion amount, This is because a precipitate having the desired composition cannot be obtained if it is removed.

ここで、各成分の原料溶液中の存在量に対する第1の沈殿物中の存在量を収率とするとき、炭酸イオン量がジルコニウムイオン量の3.2倍未満の場合には、金属B、C及びD成分の収率が85%未満となり、第1の沈殿物中の金属A、B、C、D各成分の比率がA1−x1−yで表される酸化物を形成するための組成比からずれてしまうため、好ましくない。
また、炭酸イオン量がジルコニウムイオン量の5.3倍を超える場合には、ジルコニウムの収率が75%未満となり、最終的に得られる複合セラミックス粉体中における酸素イオン導電性ジルコニア量とA1−x1−yにて表される酸化物量との比率が、目的とする比率からずれてしまうため、好ましくない。
これら、金属B、C及びD成分の収率と、ジルコニウムの収率とから考慮すると、塩基性水溶液中の炭酸イオン量を、ジルコニウムイオン量の3.3倍以上かつ4.6倍以下であることがより好ましく、3.4倍以上かつ4.0倍以下であればさらに好ましい。
Here, when the abundance in the first precipitate relative to the abundance in the raw material solution of each component is defined as a yield, when the amount of carbonate ions is less than 3.2 times the amount of zirconium ions, the metal B, The yield of components C and D is less than 85%, and the ratio of each component of metals A, B, C, and D in the first precipitate is represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 This is not preferable because the composition ratio deviates from that for forming the oxide.
Moreover, when the carbonate ion amount exceeds 5.3 times the zirconium ion amount, the yield of zirconium is less than 75%, and the oxygen ion conductive zirconia amount and A 1 in the finally obtained composite ceramic powder. ratio of amount of oxide represented by -x B x C 1-y D y O 3 is, since deviates from the ratio of interest, is not preferred.
Considering the yield of these metal B, C and D components and the yield of zirconium, the amount of carbonate ions in the basic aqueous solution is 3.3 times or more and 4.6 times or less of the amount of zirconium ions. It is more preferable that it is 3.4 times or more and 4.0 times or less.

なお、A成分および金属Eについては、塩基性水溶液中の炭酸イオン量とジルコニウムイオン量の比率に関係なく、沈殿物中の存在量が原料水溶液中の95%以上となることから、これらの成分については、炭酸イオン量とジルコニウムイオン量の制約はない。   In addition, about A component and the metal E, since the abundance in a precipitate will be 95% or more in raw material aqueous solution irrespective of the ratio of the carbonate ion amount in a basic aqueous solution, and a zirconium ion amount, these components There is no restriction on the amount of carbonate ions and the amount of zirconium ions.

また、本製造方法において混合させる各イオンの比率は、最終的に得られる複合セラミックス粉体Xの組成が前記の好適な範囲となるように調整することが好ましい。すなわち、A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンから最終的に形成されるA1−x1−yで表される酸化物の質量をLw、金属Eのイオンとジルコニウムイオンから最終的に形成される、酸素イオン導電性ジルコニアの質量をZwとした際に、これら各成分の質量比、(Lw/Zw)が、0.11を越えかつ9未満となるように、各イオンの量を選択することが好ましい。
さらに、酸素イオン導電性ジルコニアを形成するための、金属Eのイオンとジルコニウムイオンとの比率は、金属Eのイオンを酸化物に換算したモル量Emと、ジルコニウムイオンを酸化物に換算したモル量Zmとの比(Em/Zm)が、0を越えかつ0.3未満となるように選択することが好ましい。
Moreover, it is preferable to adjust the ratio of each ion mixed in this manufacturing method so that the composition of the composite ceramic powder X finally obtained may become the said suitable range. That is, it is represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 finally formed from ions of one or more metals selected from the group of A, B, C, and D. When the mass of the oxide is Lw and the mass of the oxygen ion conductive zirconia finally formed from the metal E ion and the zirconium ion is Zw, the mass ratio of these components, (Lw / Zw), The amount of each ion is preferably selected so that it exceeds 0.11 and is less than 9.
Furthermore, the ratio of metal E ions to zirconium ions for forming oxygen ion conductive zirconia is the molar amount Em obtained by converting metal E ions into oxide and the molar amount obtained by converting zirconium ions into oxide. It is preferable to select such that the ratio (Em / Zm) with Zm is greater than 0 and less than 0.3.

各イオンの量をこの範囲とすることにより、酸素イオン導電性ジルコニア粒子中に、A1−x1−yで表される酸化物粒子が複合化された複合セラミックス粒子、あるいは、A1−x1−yで表される酸化物粒子中に、酸素イオン導電性ジルコニア粒子が複合化された複合セラミックス粒子X、を自由に制御作製することができる。 By setting the amount of each ion within this range, composite ceramic particles in which oxide particles represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 are combined in oxygen ion conductive zirconia particles Alternatively, composite ceramic particles X in which oxygen ion conductive zirconia particles are combined in oxide particles represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 are freely controlled and produced. Can do.

一方、複合セラミックス粉体Yの製造方法におけるジルコニウムイオン量と炭酸イオン量の比率としては、ジルコニウムイオン量の0.5倍以上かつ5.3倍以下の炭酸イオン量を用いることが好ましい。
ここで、塩基性水溶液中の炭酸イオン量を、ジルコニウムイオン量の0.5倍以上かつ5.3倍以下とする理由は、生成する第2の沈殿物の組成が炭酸イオン量とジルコニウムイオン量との比率により変動し、この範囲を外れると目的とする組成の第2の沈殿物が得られないためである。
On the other hand, as the ratio of the zirconium ion amount and the carbonate ion amount in the method for producing the composite ceramic powder Y, it is preferable to use a carbonate ion amount that is 0.5 to 5.3 times the zirconium ion amount.
Here, the reason why the amount of carbonate ions in the basic aqueous solution is 0.5 to 5.3 times the amount of zirconium ions is that the composition of the second precipitate to be generated is the amount of carbonate ions and the amount of zirconium ions. This is because the second precipitate having the desired composition cannot be obtained if the ratio is outside this range.

すなわち、炭酸イオン量がジルコニウムイオン量の0.5倍未満の場合には、ニッケルの収率が75%未満となり、一方、炭酸イオン量がジルコニウムイオン量の5.3倍を超える場合には、ジルコニウムおよびニッケルの沈殿状態が制御しにくくなることから、いずれの場合とも最終的に得られる複合セラミックス粉体Y中における酸素イオン導電性ジルコニア量と酸化ニッケル量との比率が、目的とする比率からずれてしまうため、好ましくない。
また、ニッケルの収率とジルコニウムの収率とから考慮すると、塩基性水溶液中の炭酸イオン量を、ジルコニウムイオン量の0.8倍以上かつ4.6倍以下であることがより好ましく、1.0倍以上かつ3.6倍以下であればさらに好ましい。
That is, when the carbonate ion amount is less than 0.5 times the zirconium ion amount, the nickel yield is less than 75%, while when the carbonate ion amount exceeds 5.3 times the zirconium ion amount, Since the precipitation state of zirconium and nickel becomes difficult to control, the ratio between the amount of oxygen ion conductive zirconia and the amount of nickel oxide in the finally obtained composite ceramic powder Y is determined from the target ratio. Since it will shift | deviate, it is not preferable.
In view of the yield of nickel and the yield of zirconium, the carbonate ion amount in the basic aqueous solution is more preferably 0.8 times or more and 4.6 times or less the zirconium ion amount. More preferably, it is 0 times or more and 3.6 times or less.

なお、金属Eについては、塩基性水溶液中の炭酸イオン量とジルコニウムイオン量の比率に関係なく収率が95%以上となることから、これらの成分については、炭酸イオン量とジルコニウムイオン量の制約はない。   For metal E, the yield is 95% or more regardless of the ratio of the carbonate ion amount and the zirconium ion amount in the basic aqueous solution. There is no.

また、本製造方法において混合させる各イオンの比率は、最終的に得られる複合セラミックス粉体Yの組成が前記の好適な範囲となるように調整することが好ましい。ニッケルイオンから最終的に形成される酸化ニッケルの質量をNw、金属Eのイオンとジルコニウムイオンから最終的に形成される、酸素イオン導電性ジルコニアの質量をZwとした際に、これら各成分の質量比、(Nw/Zw)が、0.21を越えかつ17.2未満となるように、各イオンの量を選択することが好ましい。
さらに、酸素イオン導電性ジルコニアを形成するための、金属Eのイオンとジルコニウムイオンとの比率は、金属Eのイオンを酸化物に換算したモル量Emと、ジルコニウムイオンを酸化物に換算したモル量Zmとの比(Em/Zm)が、0を越えかつ0.3未満となるように選択することが好ましい。
Moreover, it is preferable to adjust the ratio of each ion mixed in this manufacturing method so that the composition of the composite ceramic powder Y finally obtained may become the said suitable range. The mass of nickel oxide finally formed from nickel ions is Nw, and the mass of oxygen ion conductive zirconia finally formed from metal E ions and zirconium ions is Zw. The amount of each ion is preferably selected so that the ratio, (Nw / Zw) is greater than 0.21 and less than 17.2.
Furthermore, the ratio of metal E ions to zirconium ions for forming oxygen ion conductive zirconia is the molar amount Em obtained by converting metal E ions into oxide and the molar amount obtained by converting zirconium ions into oxide. It is preferable to select such that the ratio (Em / Zm) with Zm is greater than 0 and less than 0.3.

各イオンの量をこの範囲とすることにより、酸素イオン導電性ジルコニア粒子中に、酸化ニッケルが複合化された複合セラミックス粒子、あるいは、酸化ニッケル粒子中に、酸素イオン導電性ジルコニア粒子が複合化された複合セラミックス粒子Y、を自由に制御作製することができる。   By setting the amount of each ion within this range, oxygen ion conductive zirconia particles are combined with nickel oxide composite ceramic particles or oxygen oxide conductive zirconia particles are combined with nickel oxide particles. The composite ceramic particles Y can be freely controlled and produced.

「沈殿物の生成」
上記のようにして調整された、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を含む溶液中に、溶液のpHを7以上かつ9以下の範囲で一定に保った状態で、元素Mのイオンと、金属Eのイオンとを共に含む溶液を添加する。これにより、元素Mのイオンと、金属Eのイオンと、塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む第1または第2の沈殿物を得ることができる。
なお、元素Mのイオンと、金属Eのイオンとを別々に添加した場合には、得られる沈殿物において、元素Mのイオンと金属Eのイオンと組成に変動が発生する虞があることから、両イオンを共に含む溶液を添加することが好ましい。
"Precipitation"
In the solution containing the basic zirconium carbonate complex adjusted as described above, the ions of the element M and the ions of the metal E are maintained in a state where the pH of the solution is kept constant in the range of 7 or more and 9 or less. Add a solution containing both. Thereby, the 1st or 2nd deposit containing the complex salt which consists of the ion of element M, the ion of metal E, and a basic zirconium carbonate complex can be obtained.
In addition, when the ions of the element M and the ions of the metal E are added separately, there is a possibility that the composition of the ions of the element M and the ions of the metal E may vary in the obtained precipitate. It is preferable to add a solution containing both ions.

ここで、添加後の水溶液のpHを7以上で一定に保つ理由は、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を安定した状態で保持させるためである。また、添加後の水溶液のpHを9以下とする理由は、pHが9を越えると、添加した元素Mのイオンが水酸化物として沈殿してしまい、均一な組成の第1または第2の沈殿物が得られなくなる虞があるためである。
pHを一定に保つ方法としては、添加する元素Mのイオン、金属Eのイオンを含む溶液が酸性のため、アルカリ性の溶液を添加すればよいが、強アルカリ性の溶液ではpHを一定に保つことが難しくなることや、金属イオンを含まないことが好ましいことから、アンモニア水を用いることが好ましい。また、アンモニア水と、上記(NHCOやNHHCOの組み合わせであれば、水溶液のpHを一定に保つバッファ効果があることから、より好適である。
Here, the reason why the pH of the aqueous solution after addition is kept constant at 7 or more is to keep the basic zirconium carbonate complex in a stable state. The reason why the pH of the aqueous solution after addition is 9 or less is that when the pH exceeds 9, the ions of the added element M precipitate as hydroxides, and the first or second precipitation with a uniform composition. This is because there is a possibility that a product cannot be obtained.
As a method for keeping the pH constant, an alkaline solution may be added because the solution containing the ions of the element M to be added and the ions of the metal E is acidic. However, in the case of a strongly alkaline solution, the pH may be kept constant. Since it becomes difficult and it is preferable not to contain a metal ion, it is preferable to use aqueous ammonia. A combination of ammonia water and the above (NH 4 ) 2 CO 3 or NH 4 HCO 3 is more preferable because it has a buffer effect of keeping the pH of the aqueous solution constant.

ここで、第1または第2の沈殿物中に含まれる炭酸イオン量とジルコニウム量との質量比(CO 2−/Zr)は、0.07以上かつ3.6以下であることが好ましい。
この、第1または第2の沈殿物中に含まれる炭酸イオン量とジルコニウム量との質量比(CO 2−/Zr)は、原料成分として溶液中に含まれるジルコニウムイオン量、炭酸イオン(CO 2−)量および液のpHすなわち水酸化物イオン(OH)量により変化するが、上記範囲内であれば安定した沈殿生成物を形成することができる。そのため、この第1または第2の沈殿物を200℃以上で熱処理することにより、良好な特性を有する複合セラミックス粉体を得ることができる。
Here, the mass ratio (CO 3 2− / Zr) between the amount of carbonate ions and the amount of zirconium contained in the first or second precipitate is preferably 0.07 or more and 3.6 or less.
The mass ratio (CO 3 2− / Zr) between the amount of carbonate ions and the amount of zirconium contained in the first or second precipitate is the amount of zirconium ions and carbonate ions (CO 3 2− ) Depending on the amount and pH of the liquid, that is, the amount of hydroxide ions (OH ), a stable precipitation product can be formed within the above range. Therefore, a composite ceramic powder having good characteristics can be obtained by heat-treating the first or second precipitate at 200 ° C. or higher.

このようにして得られた、元素Mのイオンと、金属Eのイオンと、塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む沈殿物を、純水を用いた通常の濾過洗浄方法等により、アルカリイオンやハロゲンイオン等の不純物イオンを除去・洗浄した後、乾燥機等を用いて200℃未満、より好ましくは150℃以下の温度で乾燥し、乾燥物を得る。純水で洗浄後の沈殿物をアルコールなどの揮発性有機溶媒で洗浄し、乾燥を速めてもよい。
なお、乾燥温度を200℃未満に限定するのは、200℃以上になると沈殿物の熱分解が起こり、次の熱処理工程との差異が無くなるためであるが、実際の工程においては、乾燥工程後にそのまま昇温させて乾燥と熱処理を連続して行ってもよく、また熱処理時の昇温を緩やかに行うことで乾燥工程に代えてもかまわない。
The precipitate containing the complex salt composed of the element M ion, the metal E ion, and the basic zirconium carbonate complex thus obtained is subjected to alkali filtration by a normal filtration washing method using pure water. After removing and washing impurity ions such as ions and halogen ions, drying is performed at a temperature of less than 200 ° C., more preferably 150 ° C. or less, using a dryer or the like to obtain a dried product. The precipitate after washing with pure water may be washed with a volatile organic solvent such as alcohol to speed up drying.
The reason why the drying temperature is limited to less than 200 ° C. is that when the temperature is 200 ° C. or more, the precipitate is thermally decomposed and there is no difference from the next heat treatment step. The temperature may be raised as it is, and drying and heat treatment may be continuously performed, or the temperature may be gradually increased during the heat treatment and replaced with the drying step.

「沈殿物の熱処理」
得られた乾燥物を、例えば、電気炉等を用いて、大気雰囲気中、200℃以上かつ1000℃以下、好ましくは500℃以上かつ1000℃以下の温度にて熱処理することにより、A1−x1−yで表される酸化物粒子、または酸化ニッケル粒子と、酸素イオン導電性ジルコニア微粒子とからなる、複合セラミックス粉体(複合セラミックス粉体X、または複合セラミックス粉体Y)を作製することができる。
"Heat treatment of precipitate"
The resulting dried product, for example, by using an electric furnace or the like, in the atmosphere, 200 ° C. or higher and 1000 ° C. or less, preferably by heat treatment at 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or less of the temperature, A 1-x oxide particles represented by B x C 1-y D y O 3 or the nickel oxide particles, composed of an oxygen ion-conductive zirconia particles, composite ceramic powder (composite ceramic powder X or composite ceramic powder, Y) can be produced.

ここで、熱処理温度を200℃以上と限定した理由は、温度が200℃未満の場合、乾燥物中に含まれるジルコニウムおよび金属Eからの酸素イオン導電性ジルコニア粒子の生成、同じく沈殿乾燥物中に含まれるA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の元素からのA1−x1−yで表される酸化物粒子の生成または沈殿乾燥物中に含まれるニッケルからの酸化ニッケル粒子の生成、が不十分になるためである。
これらの酸化物粒子、すなわち酸素イオン導電性ジルコニア粒子と、A1−x1−yで表される酸化物粒子または酸化ニッケル粒子、の生成が不十分の場合、酸素イオン導電性ジルコニア微粒子と、A1−x1−yで表される酸化物微粒子または酸化ニッケル微粒子が複合化された複合セラミックス粒子を、自由に制御作製することができないからである。
Here, the reason for limiting the heat treatment temperature to 200 ° C. or higher is that when the temperature is lower than 200 ° C., generation of oxygen ion conductive zirconia particles from zirconium and metal E contained in the dried product, and also in the precipitated dried product included a, B, generation or precipitation of oxide particles represented by a 1-x B x C 1 -y D y O 3 from one or more elements selected from the group of C and D This is because the generation of nickel oxide particles from nickel contained in the dried product becomes insufficient.
When the generation of these oxide particles, that is, oxygen ion conductive zirconia particles and oxide particles or nickel oxide particles represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 is insufficient, oxygen an ion conductive zirconia particles, the a 1-x B x C 1 -y D y O 3 oxide fine particles or composite ceramic particles which nickel oxide fine particles are composite represented, can not be freely controlled manufacturing Because.

また、熱処理温度が1000℃を越えた場合、形成した複合セラミックス粉体中の各成分の粒成長や焼結が起こるために、各成分の結晶子径が増大するとともに、粉体中の均一性が低下し、特に固体酸化物形燃料電池の電極を形成した際に、良好な特性が得られなくなるからである。   In addition, when the heat treatment temperature exceeds 1000 ° C., grain growth and sintering of each component in the formed composite ceramic powder occur, so that the crystallite size of each component increases and the uniformity in the powder. This is because, when the electrode of the solid oxide fuel cell is formed, good characteristics cannot be obtained.

[固体酸化物形燃料電池]
本発明の固体酸化物形燃料電池は、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法により得られた複合セラミックス粉体を電極材料として用いたものである。
[Solid oxide fuel cell]
The solid oxide fuel cell of the present invention uses the composite ceramic powder obtained by the method for producing a composite ceramic powder of the present invention as an electrode material.

始めに、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法により得られた複合セラミックス粉体と、固体酸化物形燃料電池の電極との関係について説明する。
まず、A1−x1−yにて表される酸化物粒子と酸素イオン導電性ジルコニア粒子とを含む複合セラミックス粉体Xは、固体酸化物形燃料電池の空気極材料として好適に使用可能である。その理由として、この複合セラミックス粉体Xを用いた電極材料は、酸素還元能と電子伝導性とに優れており、外部回路から供給される電子と酸素ガスとのイオン化反応を効率良く行うことができることが挙げられる。そのため、複合セラミックス粉体Xを空気極の形成材料に用いると、空気極における酸素イオン化量を増大させることができ、発生した酸素イオンを電解質へ効率的に供給することができることから、電池の出力及び特性を向上させることができる。
First, the relationship between the composite ceramic powder obtained by the composite ceramic powder manufacturing method of the present invention and the electrode of the solid oxide fuel cell will be described.
First, a composite ceramic powder X containing oxide particles represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 and oxygen ion conductive zirconia particles is used as an air electrode of a solid oxide fuel cell. It can be suitably used as a material. The reason is that the electrode material using this composite ceramic powder X is excellent in oxygen reducing ability and electron conductivity, and can efficiently perform an ionization reaction between electrons and oxygen gas supplied from an external circuit. What can be done. Therefore, when the composite ceramic powder X is used as a material for forming the air electrode, the amount of oxygen ionization at the air electrode can be increased, and the generated oxygen ions can be efficiently supplied to the electrolyte. And the characteristics can be improved.

また、この複合セラミックス粉体Xは、A1−x1−yにて表される酸化物粒子と、酸素イオン導電性ジルコニア粒子とが、ナノメートルサイズで分散された複合粒子であるから、この固体酸化物形燃料電池の発電時の使用温度においても、このA1−x1−yにて表される酸化物粒子同士の融着や粒成長を抑制することができるので、三相界面量が多く、酸素還元能と電子伝導性と優れた空気極を備えた固体酸化物形燃料電池を提供することができるためである。 In this composite ceramic powder X, oxide particles represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 and oxygen ion conductive zirconia particles were dispersed in a nanometer size. Since it is a composite particle, the oxide particles represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 can be fused at the operating temperature during power generation of the solid oxide fuel cell. This is because grain growth can be suppressed, so that a solid oxide fuel cell having a large amount of three-phase interface, oxygen reducing ability, electronic conductivity, and an excellent air electrode can be provided.

次に、酸化ニッケル粒子と、酸素イオン導電性ジルコニア粒子とを含む複合セラミックス粉体Yは、固体酸化物燃料電池の燃料極材料として好適に使用可能である。その理由として、この複合セラミックス粉体を用いた電極材料は、電子の発生量を増大させることができるので、電子を外部回路へ効率的に供給することができ、出力特性を向上させることができることが挙げられる。   Next, the composite ceramic powder Y containing nickel oxide particles and oxygen ion conductive zirconia particles can be suitably used as a fuel electrode material of a solid oxide fuel cell. The reason is that the electrode material using this composite ceramic powder can increase the amount of electrons generated, so that electrons can be efficiently supplied to the external circuit and the output characteristics can be improved. Is mentioned.

また、この複合セラミックス粉体Yは、酸化ニッケル粒子と、酸素イオン導電性ジルコニア粒子とが、ナノメートルサイズで分散された複合粒子であるから、この固体酸化物形燃料電池の発電時の還元雰囲気下にて酸化ニッケルの還元金属化処理を行った場合においても、生成したニッケル金属微粒子の融着や粒成長を抑制することができるので、三相界面量が多く、水素酸化能と電子伝導性とにも優れた燃料極を備えた固体酸化物形燃料電池を提供することができるためである。   Further, since this composite ceramic powder Y is a composite particle in which nickel oxide particles and oxygen ion conductive zirconia particles are dispersed in a nanometer size, a reducing atmosphere during power generation of this solid oxide fuel cell Even when nickel oxide is subjected to reduction metallization, it is possible to suppress fusion and grain growth of the generated nickel metal fine particles, so there is a large amount of three-phase interface, hydrogen oxidation ability and electronic conductivity. This is because a solid oxide fuel cell having an excellent fuel electrode can be provided.

次に、固体酸化物形燃料電池の電極を作製する方法としては、一般的に用いられる方法で良く、例えば、上記の複合セラミックス粉体と、ポリエチレングリコール、ポリビニルブチラール等のバインダーとを混合して得られたペーストを、イットリア安定化ジルコニア等からなる固体電解質基板の表面に、印刷法等にて塗布して膜を形成した後、酸化性雰囲気下、例えば、空気中にて焼成すればよい。
焼成温度は、空気極、すなわち複合セラミックス粉体Xを用いる場合で、700℃から1400℃の範囲内、一方、燃料極、すなわち複合セラミックス粉体Yを用いる場合では、1200℃から1500℃の範囲内で選択することができる。
Next, as a method for producing an electrode of a solid oxide fuel cell, a generally used method may be used. For example, the composite ceramic powder is mixed with a binder such as polyethylene glycol or polyvinyl butyral. The obtained paste may be applied to the surface of a solid electrolyte substrate made of yttria stabilized zirconia or the like by a printing method or the like to form a film, and then fired in an oxidizing atmosphere, for example, in air.
The firing temperature is in the range of 700 ° C. to 1400 ° C. when the air electrode, that is, the composite ceramic powder X is used, and on the other hand, in the case of using the fuel electrode, ie, the composite ceramic powder Y, in the range of 1200 ° C. to 1500 ° C. Can be selected within.

図1は電気化学特性評価装置を示す模式図であり、固体酸化物形燃料電池の電極の電気特性を測定するための装置である。
図において、符号1はイットリア安定化ジルコニア等の電解質、符号2は白金(Pt)からなる参照極、符号3は電解質1の上面に形成され、上記実施形態の内、複合セラミックス粉体Xを用いて作製された空気極、符号4は参照極2の下面に形成され、上記実施形態の内、複合セラミックス粉体Yを用いて作製された燃料極、符号5は空気極3及び燃料極4それぞれの上に配置された白金網、符号6はガラスシール、符号7、8は同軸的に配設され互いに径の異なるアルミナ管、符号9は白金線、符号10は乾燥空気、符号11は3%HO−97%Hの組成の加湿水素ガスである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an electrochemical characteristic evaluation apparatus, which is an apparatus for measuring the electric characteristics of an electrode of a solid oxide fuel cell.
In the figure, reference numeral 1 is an electrolyte such as yttria-stabilized zirconia, reference numeral 2 is a reference electrode made of platinum (Pt), reference numeral 3 is formed on the upper surface of the electrolyte 1, and the composite ceramic powder X is used in the above embodiment. The air electrode produced by using the reference electrode 2 is formed on the lower surface of the reference electrode 2, and the fuel electrode produced using the composite ceramic powder Y in the above embodiment, and the code 5 is produced by using the air electrode 3 and the fuel electrode 4, respectively. A platinum mesh disposed on the top, a reference numeral 6 is a glass seal, a reference numerals 7 and 8 are coaxially arranged alumina tubes having different diameters, a reference numeral 9 is a platinum wire, a reference numeral 10 is dry air, and a reference numeral 11 is 3%. It is a humidified hydrogen gas having a composition of H 2 O-97% H 2 .

ここで、上記の固体酸化物形燃料電池の空気極3の電極反応抵抗を測定するには、電解質1の上面に空気極3及び白金網5を順次取り付け、参照極2の下面に燃料極4及び白金網5を順次取り付け、空気極3に乾燥空気10を、燃料極4に加湿水素ガス11を、それぞれ供給しつつ、600℃〜800℃の温度範囲における空気極3と参照極2との間の交流インピーダンスを燃料極4を対極として測定する。
また、燃料極4の電極反応抵抗を測定するには、空気極3の測定と同様の方法にて、燃料極4と参照極2との間の交流インピーダンスを空気極3を対極として測定する。
Here, in order to measure the electrode reaction resistance of the air electrode 3 of the solid oxide fuel cell, the air electrode 3 and the platinum net 5 are sequentially attached to the upper surface of the electrolyte 1, and the fuel electrode 4 is attached to the lower surface of the reference electrode 2. And the platinum net 5 are sequentially attached, the dry air 10 is supplied to the air electrode 3, and the humidified hydrogen gas 11 is supplied to the fuel electrode 4, while the air electrode 3 and the reference electrode 2 in the temperature range of 600 ° C. to 800 ° C. The AC impedance is measured using the fuel electrode 4 as a counter electrode.
Further, in order to measure the electrode reaction resistance of the fuel electrode 4, the AC impedance between the fuel electrode 4 and the reference electrode 2 is measured with the air electrode 3 as a counter electrode by the same method as the measurement of the air electrode 3.

なお、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法により得られた複合セラミックス粉体は、固体酸化物形燃料電池の空気極と燃料極の両方に適用可能だが、本実施形態はこの形に限定されるものではなく、空気極と燃料極の一方のみに本発明により得られる複合セラミックス粉体を用い、相手方の電極には従来からの材料を用いてもよい。本発明により得られる複合セラミックス粉体は、空気極と燃料極のいずれにおいてもその特性を向上させることができるので、一方のみの使用でも使用する効果が十分に有るためである。無論、両電極に用いれば、より特性の向上をはかることができるので好ましい。   The composite ceramic powder obtained by the composite ceramic powder manufacturing method of the present invention can be applied to both the air electrode and the fuel electrode of a solid oxide fuel cell, but this embodiment is limited to this form. The composite ceramic powder obtained by the present invention may be used for only one of the air electrode and the fuel electrode, and a conventional material may be used for the counterpart electrode. This is because the composite ceramic powder obtained by the present invention can improve the characteristics of both the air electrode and the fuel electrode, so that the effect of using only one of them is sufficient. Of course, it is preferable to use it for both electrodes because the characteristics can be further improved.

以上説明したように、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法によれば、少なくともA1−x1−yにて表される酸化物または酸化ニッケルと、金属Eのイオンが固溶することで酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、初めに、ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、塩基性水溶液中で反応させて、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させ、次いで、前記A1−x1−yで表される酸化物を構成するためにA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンまたはニッケルイオンと、金属Eのイオンとを、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させた塩基性水溶液中に添加することにより、前記A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む沈殿物、または、前記ニッケルイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む沈殿物を生成させ、次いで、この沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理してなるので、複数種の酸化物粒子におけるナノメートルレベルでの分布性、組成制御性に優れるとともに、固体酸化物形燃料電池に適用した際には、三相界面が多く、酸素還元能と電子伝導性、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた電極を形成することが可能な複合セラミックス粉体を、容易かつ安価に得ることができる。 As described above, according to the manufacturing method of a composite ceramic powder of the present invention, an oxide or nickel oxide expressed by at least A 1-x B x C 1 -y D y O 3, metal E A method for producing a composite ceramic powder comprising zirconia to which oxygen ion conductivity is imparted by solid solution of ions, wherein first, zirconium ions and carbonate ions are mixed in a basic aqueous solution. A group of A, B, C and D to react to form a basic zirconium carbonate complex and then constitute the oxide represented by said A 1-x B x C 1-y D y O 3 1 or two or more kinds of metal ions or nickel ions selected from the above and the ions of metal E are added to the basic aqueous solution in which the basic zirconium carbonate complex is formed, whereby A, B , And a precipitate containing a complex salt consisting of one or more metal ions selected from the group of D, the metal E ion, and the basic zirconium carbonate complex, or the nickel ion, A precipitate containing a complex salt composed of the metal E ion and the basic zirconium carbonate complex is generated, and then the precipitate is heat-treated at a temperature of 200 ° C. or more, so that a plurality of types of oxides are formed. In addition to excellent particle size distribution and composition controllability in particles, when applied to a solid oxide fuel cell, there are many three-phase interfaces, oxygen reduction ability and electron conductivity, or hydrogen oxidation ability and electron. A composite ceramic powder capable of forming an electrode having excellent conductivity can be obtained easily and inexpensively.

また本発明の複合セラミックス粉体によれば、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法により得られるので、複数種の酸化物粒子におけるナノメートルレベルでの分布性、組成制御性に優れるとともに、固体酸化物形燃料電池に適用した際には、酸素還元能と電子伝導性、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた電極を形成することが可能な複合セラミックス粉体を提供することができる。   Further, according to the composite ceramic powder of the present invention, since it is obtained by the method for producing a composite ceramic powder of the present invention, it is excellent in distribution and composition controllability at a nanometer level in a plurality of types of oxide particles, and solid When applied to an oxide fuel cell, it is possible to provide a composite ceramic powder capable of forming an electrode excellent in oxygen reduction ability and electron conductivity, or hydrogen oxidation ability and electron conductivity.

そして、本発明の固体酸化物形燃料電池によれば、本発明の複合セラミックス粉体を電極材料として用いたので、酸素還元能と電子伝導性、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた電極を形成することができ、その結果、電池の出力及び特性を向上させることができる。   According to the solid oxide fuel cell of the present invention, since the composite ceramic powder of the present invention is used as an electrode material, an electrode excellent in oxygen reduction ability and electron conductivity or hydrogen oxidation ability and electron conductivity. As a result, the output and characteristics of the battery can be improved.

すなわち、本発明により、固体酸化物形燃料電池の電極として好適に用いることができる複合セラミックス粉体を得ることができるとともに、この複合セラミックス粉体を用いた固体酸化物形燃料電池の特性を向上させることができるので、固体酸化物形燃料電池をはじめとするさまざまな工業分野において、その利用価値は大である。   That is, according to the present invention, a composite ceramic powder that can be suitably used as an electrode of a solid oxide fuel cell can be obtained, and characteristics of a solid oxide fuel cell using the composite ceramic powder can be improved. Therefore, its utility value is great in various industrial fields including solid oxide fuel cells.

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
なお、以下の説明においては、溶液から形成したイットリウムイオン固溶ジルコニアを「YSSZ」と記載し、従来からあるイットリア安定化ジルコニアの「YSZ」とは区別する。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.
In the following description, yttrium ion solid solution zirconia formed from a solution is described as “YSSZ” and is distinguished from “YSZ” of conventional yttria-stabilized zirconia.

「実施例1」
純水178gに、炭酸水素アンモニウム(NHHCO、関東化学製)6.64gを溶解し、pH8の塩基性炭酸水素アンモニウム水溶液A−1を調製した。
次に、純水250gに、塩化酸化ジルコニウム8水和物(ZrOCl・8HO、関東化学製)9.21gを溶解し、ジルコニウムイオン水溶液B−1を調製した。
次に、純水450gに、硝酸ニッケル6水和物(Ni(NO・6HO、関東化学製)30.81g及び硝酸イットリウム6水和物(Y(NO・6HO、関東化学製)2.09gを溶解させ、ニッケルイオンと、金属Eイオンとしてのイットリウムイオンとを含む水溶液C−1を調製した。
なお、水溶液A−1に含まれる炭酸イオン量は、水溶液B−1に含まれるジルコニウムイオン量の2.95倍となる。
また、本実施例により最終的に得られる酸化物、すなわち酸化ニッケル(NiO)とイットリウムイオン固溶ジルコニア(YSSZ)との質量比は、NiO:YSSZ=0.65:0.35となるように定めてある。
"Example 1"
To 178 g of pure water, 6.64 g of ammonium hydrogen carbonate (NH 4 HCO 3 , manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dissolved to prepare a pH 8 basic ammonium hydrogen carbonate aqueous solution A-1.
Then, the pure water 250 g, of zirconium chloride oxide octahydrate (ZrOCl 2 · 8H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was dissolved 9.21 g, was prepared zirconium ion aqueous solution B-1.
Next, to pure water 450 g, nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O, manufactured by Kanto Chemical) 30.81 g and yttrium nitrate hexahydrate (Y (NO 3 ) 3 · 6H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 2.09 g was dissolved to prepare an aqueous solution C-1 containing nickel ions and yttrium ions as metal E ions.
Note that the amount of carbonate ions contained in the aqueous solution A-1 is 2.95 times the amount of zirconium ions contained in the aqueous solution B-1.
The mass ratio of the oxide finally obtained by this example, that is, nickel oxide (NiO) and yttrium ion solid solution zirconia (YSSZ) is NiO: YSSZ = 0.65: 0.35. It has been established.

次に、炭酸水素アンモニウム水溶液A−1に、アンモニア水(NHとして12.5質量%、関東化学製)を同時に加えることでpHを8に維持しながら、ジルコニウムイオン水溶液B−1を加えて混合することで、塩基性炭酸ジルコニウム錯体含有水溶液D−1を調製した。
ここで、水溶液D−1中には沈殿が発生しないことから、塩基性炭酸ジルコニウム錯体が形成されていることを確認した。
Next, the aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate A-1 was added with the aqueous solution of zirconium ion B-1 while maintaining the pH at 8 by simultaneously adding aqueous ammonia (12.5% by mass as NH 3 , manufactured by Kanto Chemical). By mixing, a basic zirconium carbonate complex-containing aqueous solution D-1 was prepared.
Here, since precipitation did not generate | occur | produce in the aqueous solution D-1, it confirmed that the basic zirconium carbonate complex was formed.

次に、塩基性炭酸ジルコニウム錯体含有水溶液D−1に、アンモニア水を同時に加えることでpHを8に維持しながら、水溶液C−1を加えて混合することで、沈殿物E−1を調製した。
次いで、得られた沈殿物E−1を吸引濾過洗浄装置にて数回水洗して不純物イオンを除去し、次いでエタノールにて溶媒置換を行い、その後、乾燥機中にて80℃で24時間乾燥し、乾燥物F−1を得た。次いで、得られた乾燥物F−1を乳鉢で粉砕し、電気炉にて800℃または1000℃にて熱処理し、実施例1の酸化ニッケル(NiO)−イットリウムイオン固溶ジルコニア(YSSZ)の複合セラミックス粉体G−1を得た。
Next, a precipitate E-1 was prepared by adding and mixing the aqueous solution C-1 while maintaining the pH at 8 by simultaneously adding aqueous ammonia to the basic zirconium carbonate complex-containing aqueous solution D-1. .
Next, the obtained precipitate E-1 was washed with water several times with a suction filtration washing device to remove impurity ions, and then the solvent was replaced with ethanol, followed by drying at 80 ° C. for 24 hours in a dryer. The dried product F-1 was obtained. Next, the obtained dried product F-1 was pulverized in a mortar and heat-treated at 800 ° C. or 1000 ° C. in an electric furnace, and the nickel oxide (NiO) -yttrium ion solid solution zirconia (YSSZ) composite of Example 1 was used. Ceramic powder G-1 was obtained.

次いで、乾燥物F−1を1000℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−1(G−1B)を1.5g取り、ポリエチレングリコール(分子量:400、関東化学製)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、NiO−YSSZペーストH−1を作製した。
次いで、このペーストH−1を、固体電解質である厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板の表面上にスクリーン印刷にて塗布し、その後、1300℃にて2時間焼成し、8YSZ基板上に複合セラミックス粉体G−1Bからなる燃料極I−1を形成した。
Subsequently, 1.5 g of the composite ceramic powder G-1 (G-1B) obtained by heat-treating the dried product F-1 at 1000 ° C. for 6 hours, 0.5 g of polyethylene glycol (molecular weight: 400, manufactured by Kanto Chemical) and ethanol This was mixed with 10 g in a ball mill, and then this mixed solution was heated to 80 ° C. to evaporate and remove ethanol to prepare NiO—YSSZ paste H-1.
Next, this paste H-1 was applied by screen printing onto the surface of an 8 mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ) substrate having a thickness of 300 μm, which is a solid electrolyte, and then baked at 1300 ° C. for 2 hours to obtain an 8YSZ substrate. A fuel electrode I-1 made of the composite ceramic powder G-1B was formed thereon.

次いで、市販のランタンストロンチウムマンガネート(La0.8Sr0.2MnO、LSM、AGCセイミケミカル製)粉体1.5gを、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、LSMペーストを作製した。
このLSMペーストを、燃料極I−1を形成した8YSZ基板の裏面上にスクリーン印刷にて塗布し、その後、1100℃にて2時間焼成し、8YSZ基板裏面上に空気極K−1を形成した。さらに、この8YSZ基板の側面に白金線を巻き付け、参照極とし、実施例1の固体酸化物形燃料電池を形成させた。
Next, 1.5 g of commercially available lanthanum strontium manganate (La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 , LSM, manufactured by AGC Seimi Chemical) powder was ball milled together with 0.5 g of polyethylene glycol (molecular weight: 400) and 10 g of ethanol. Then, this mixed solution was heated to 80 ° C. to evaporate and remove ethanol to prepare an LSM paste.
This LSM paste was applied by screen printing on the back surface of the 8YSZ substrate on which the fuel electrode I-1 was formed, and then baked at 1100 ° C. for 2 hours to form the air electrode K-1 on the back surface of the 8YSZ substrate. . Further, a platinum wire was wound around the side surface of the 8YSZ substrate to form a reference electrode, and the solid oxide fuel cell of Example 1 was formed.

「実施例2」
純水に炭酸水素アンモニウム9.75gを溶解し、さらにアンモニア水を加えてpHを8とするとともに、水溶液全量を241.75gとした塩基性炭酸水素アンモニウム水溶液A−2を調製した。
次に、純水170gに、塩化酸化ジルコニウム8水和物11.13gを溶解し、ジルコニウムイオン水溶液B−2を調製した。
次に、純水250gに、硝酸イットリウム6水和物2.09g、硝酸ランタン6水和物(La(NO・6HO、関東化学製)7.48g、硝酸ストロンチウム(Sr(NO、関東化学製)0.92g及び硝酸マンガン6水和物(Mn(NO・6HO、関東化学製)6.32gを溶解させ、金属Eイオンとしてのイットリウムイオンと、A1−x1−y形成用イオンとしてのランタンイオンとストロンチウムイオンとマンガンイオンとを含む水溶液C−2を調製した。
なお、水溶液A−2に含まれる炭酸イオン量は、水溶液B−2に含まれるジルコニウムイオン量の3.56倍となる。
また、本実施例における金属イオン量の比率は、La:8、Sr:2、Mn:10となるように定めており、さらに、最終的に得られる酸化物、すなわちランタンストロンチウムマンガネート(LSM)とイットリウムイオン固溶ジルコニア(YSSZ)との質量比は、LSM:YSSZ=0.50:0.50となるように定めてある。
"Example 2"
Aqueous ammonium hydrogen carbonate solution A-2 was prepared by dissolving 9.75 g of ammonium hydrogen carbonate in pure water and further adding aqueous ammonia to adjust the pH to 8 and making the total amount of the aqueous solution 241.75 g.
Next, 11.13 g of zirconium chloride octahydrate was dissolved in 170 g of pure water to prepare an aqueous zirconium ion solution B-2.
Then, the pure water 250 g, yttrium nitrate hexahydrate 2.09 g, lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O, manufactured by Kanto Chemical) 7.48 g, strontium nitrate (Sr (NO 3) 2, manufactured by Kanto Kagaku) 0.92 g and manganese nitrate hexahydrate (Mn (NO 3) 2 · 6H 2 O, dissolved Kanto Chemical) 6.32 g, and yttrium ions as metal E ions, An aqueous solution C-2 containing lanthanum ions, strontium ions, and manganese ions as ions for forming A 1-x B x C 1-y D y O 3 was prepared.
The amount of carbonate ions contained in the aqueous solution A-2 is 3.56 times the amount of zirconium ions contained in the aqueous solution B-2.
The ratio of the amount of metal ions in this example is determined to be La: 8, Sr: 2, Mn: 10, and the oxide finally obtained, that is, lanthanum strontium manganate (LSM) The mass ratio of yttrium ion solid solution zirconia (YSSZ) is determined to be LSM: YSSZ = 0.50: 0.50.

次に、炭酸水素アンモニウム水溶液A−2に、アンモニア水を同時に加えることでpHを8に維持しながら、ジルコニウムイオン水溶液B−2を加えて混合することで、塩基性炭酸ジルコニウム錯体含有水溶液D−2を調製した。
ここで、水溶液D−2中には沈殿が発生しないことから、塩基性炭酸ジルコニウム錯体が形成されていることを確認した。
Next, while maintaining the pH at 8 by simultaneously adding ammonia water to the aqueous ammonium hydrogen carbonate solution A-2, adding and mixing the zirconium ion aqueous solution B-2, the aqueous solution D- containing basic zirconium carbonate complex 2 was prepared.
Here, since precipitation did not generate | occur | produce in aqueous solution D-2, it confirmed that the basic zirconium carbonate complex was formed.

次に、塩基性炭酸ジルコニウム錯体含有水溶液D−2に、アンモニア水を同時に加えることでpHを8に維持しながら、水溶液C−2を加えて混合することで、沈殿物E−2を調製した。
次いで、得られた沈殿物E−2を吸引濾過洗浄装置にて数回水洗して不純物イオンを除去し、次いでエタノールにて溶媒置換を行い、その後、乾燥機中にて80℃で24時間乾燥し、乾燥物F−2を得た。
次いで、得られた乾燥物F−2を乳鉢で粉砕し、電気炉にて800℃または1000℃にて熱処理し、実施例2のランタンストロンチウムマンガネート(LSM)−イットリウムイオン固溶ジルコニア(YSSZ)の複合セラミックス粉体G−2を得た。なお、ここではLSMが、本発明におけるA1−x1−yに該当する。
Next, a precipitate E-2 was prepared by adding and mixing the aqueous solution C-2 while maintaining the pH at 8 by simultaneously adding aqueous ammonia to the basic zirconium carbonate complex-containing aqueous solution D-2. .
Next, the resulting precipitate E-2 was washed with water several times with a suction filtration washing device to remove impurity ions, and then the solvent was replaced with ethanol, followed by drying at 80 ° C. for 24 hours in a dryer. To obtain a dried product F-2.
Next, the obtained dried product F-2 was pulverized in a mortar and heat-treated at 800 ° C. or 1000 ° C. in an electric furnace, and lanthanum strontium manganate (LSM) -yttrium ion solid solution zirconia (YSSZ) of Example 2 The composite ceramic powder G-2 was obtained. Here, LSM corresponds to A 1-x B x C 1-y D y O 3 in the present invention.

次に、市販のNiO粉体1.5gを、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、NiOペーストを作製した。このNiOペーストを、固体電解質である厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板の表面上にスクリーン印刷にて塗布し、その後、1300℃にて2時間焼成し、8YSZ基板上に燃料極I−2を形成した。   Next, 1.5 g of commercially available NiO powder is mixed with 0.5 g of polyethylene glycol (molecular weight: 400) and 10 g of ethanol in a ball mill, and then this mixed solution is heated to 80 ° C. to evaporate and remove ethanol. NiO paste was prepared. This NiO paste was applied by screen printing onto the surface of an 8 mol% yttria stabilized zirconia (8YSZ) substrate having a thickness of 300 μm, which is a solid electrolyte, and then baked at 1300 ° C. for 2 hours, and a fuel electrode was formed on the 8YSZ substrate. I-2 was formed.

次に、乾燥物F−2を1000℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−2(G−2B)を1.5g取り、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、LSM−YSSZペーストJ−2を作製した。
このペーストJ−2を、燃料極I−2を形成した8YSZ基板の裏面上にスクリーン印刷にて塗布し、その後、1200℃にて2時間焼成し、8YSZ基板上に実施例2の複合セラミックス粉体からなる空気極K−2を形成した。さらに、この8YSZ基板の側面に白金線を巻き付け、参照極とし、実施例2の固体酸化物形燃料電池を形成させた。
Next, 1.5 g of the composite ceramic powder G-2 (G-2B) obtained by heat-treating the dried product F-2 at 1000 ° C. for 6 hours was taken and ball milled together with 0.5 g of polyethylene glycol (molecular weight: 400) and 10 g of ethanol. Then, the mixed solution was heated to 80 ° C. to evaporate and remove ethanol to prepare LSM-YSSZ paste J-2.
The paste J-2 was applied by screen printing on the back surface of the 8YSZ substrate on which the fuel electrode I-2 was formed, and then fired at 1200 ° C. for 2 hours, and the composite ceramic powder of Example 2 was applied on the 8YSZ substrate. An air electrode K-2 made of a body was formed. Further, a platinum wire was wound around the side surface of the 8YSZ substrate to form a reference electrode, and the solid oxide fuel cell of Example 2 was formed.

「実施例3」
炭酸水素アンモニウム水溶液A−3の調製時に、アンモニア水を加えてpH9とすること、塩基性炭酸ジルコニウム錯体含有水溶液D−3調製時のpHを9とすること、沈殿物E−3調製時の反応液のpHを9とすること以外は、実施例2と同様にして、実施例3の乾燥物F−3及びランタンストロンチウムマンガネート(LSM)−イットリウムイオン固溶ジルコニア(YSSZ)の複合セラミックス粉体G−3を得た。
"Example 3"
At the time of preparing the aqueous ammonium hydrogen carbonate solution A-3, ammonia water is added to adjust the pH to 9, the pH at the time of preparing the basic zirconium carbonate complex-containing aqueous solution D-3 is set to 9, and the reaction at the time of preparing the precipitate E-3 The composite ceramic powder of the dried product F-3 of Example 3 and lanthanum strontium manganate (LSM) -yttrium ion solid solution zirconia (YSSZ), except that the pH of the solution was set to 9. G-3 was obtained.

次に、固体電解質である厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板の表面上に、実施例2と同様にして燃料極I−3を形成した。
次に、乾燥物F−3を1000℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−3(G−3B)を用い、実施例2と同様にして、燃料極I−3を形成した8YSZ基板の裏面上に実施例2の複合セラミックス粉体からなる空気極K−3を形成した。さらに、この8YSZ基板の側面に白金線を巻き付け、参照極とし、実施例3の固体酸化物形燃料電池を形成させた。
Next, a fuel electrode I-3 was formed on the surface of an 8 mol% yttria stabilized zirconia (8YSZ) substrate having a thickness of 300 μm, which is a solid electrolyte, in the same manner as in Example 2.
Next, using a composite ceramic powder G-3 (G-3B) obtained by heat-treating the dried product F-3 at 1000 ° C. for 6 hours, an 8YSZ substrate on which the fuel electrode I-3 was formed in the same manner as in Example 2. An air electrode K-3 made of the composite ceramic powder of Example 2 was formed on the back surface of the substrate. Further, a platinum wire was wound around the side surface of the 8YSZ substrate to form a reference electrode, and the solid oxide fuel cell of Example 3 was formed.

「比較例1」
純水に、水酸化ナトリウム(NaOH、関東化学製)を溶解し、pH10の塩基性水溶液A−4を調製した。
次に、純水250gに、塩化酸化ジルコニウム8水和物9.21gを溶解し、ジルコニウムイオン水溶液B−4を調製した。
次に、純水450gに、硝酸ニッケル6水和物30.81g及び硝酸イットリウム6水和物2.09gを溶解させ、ニッケルイオンと、金属Eイオンとしてのイットリウムイオンとを含む水溶液C−4を調製した。
なお、本比較例により最終的に得られる酸化物、すなわち酸化ニッケル(NiO)とイットリウムイオン固溶ジルコニア(YSSZ)との質量比は、NiO:YSSZ=0.65:0.35となるように定めてある。
"Comparative Example 1"
Sodium hydroxide (NaOH, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was dissolved in pure water to prepare a basic aqueous solution A-4 having a pH of 10.
Next, 9.21 g of chlorinated zirconium oxide octahydrate was dissolved in 250 g of pure water to prepare a zirconium ion aqueous solution B-4.
Next, 30.81 g of nickel nitrate hexahydrate and 2.09 g of yttrium nitrate hexahydrate are dissolved in 450 g of pure water, and an aqueous solution C-4 containing nickel ions and yttrium ions as metal E ions is obtained. Prepared.
The mass ratio of the oxide finally obtained by this comparative example, that is, nickel oxide (NiO) and yttrium ion solid solution zirconia (YSSZ) is NiO: YSSZ = 0.65: 0.35. It has been established.

次に、水溶液B−4と水溶液C−4とを混合した後、水溶液A−4に加えて混合することで、沈殿物E−4を調製した。ここで、あらかじめ水溶液B−4と水溶液C−4とを混合したのは、先に水溶液A−4と水溶液B−4とを混合する、あるいは水溶液A−4と水溶液C−4とを混合すると、A−4とB−4とを混合した時点、あるいはA−4とC−4とを混合した時点で、沈殿が発生してしまうためである。
次いで、得られた沈殿物E−4を吸引濾過洗浄装置にて数回水洗して不純物イオンを除去し、次いでエタノールにて溶媒置換を行い、その後、乾燥機中にて80℃で24時間乾燥し、乾燥物F−4を得た。
次いで、得られた乾燥物F−4を乳鉢で粉砕し、電気炉にて800℃または1000℃にて熱処理し、比較例1の酸化ニッケル(NiO)−イットリウムイオン固溶ジルコニア(YSSZ)の複合セラミックス粉体G−4を得た。
Next, the aqueous solution B-4 and the aqueous solution C-4 were mixed, and then added to the aqueous solution A-4 and mixed to prepare a precipitate E-4. Here, the aqueous solution B-4 and the aqueous solution C-4 are mixed in advance when the aqueous solution A-4 and the aqueous solution B-4 are mixed first or when the aqueous solution A-4 and the aqueous solution C-4 are mixed. This is because precipitation occurs when A-4 and B-4 are mixed or when A-4 and C-4 are mixed.
Subsequently, the obtained precipitate E-4 was washed with water several times with a suction filtration washing device to remove impurity ions, and then the solvent was replaced with ethanol, followed by drying at 80 ° C. for 24 hours in a dryer. To obtain a dried product F-4.
Subsequently, the obtained dried product F-4 was pulverized in a mortar and heat-treated at 800 ° C. or 1000 ° C. in an electric furnace, and the composite of nickel oxide (NiO) -yttrium ion solid solution zirconia (YSSZ) of Comparative Example 1 was used. Ceramic powder G-4 was obtained.

次いで、乾燥物F−4を1000℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−4(G−4B)を用い、実施例1と同様の方法にて、固体電解質である厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板の表面上に比較例1の複合セラミックス粉体からなる燃料極I−4を形成した。
次いで、実施例1と同様の方法により、燃料極I−4を形成した8YSZ基板の裏面上に空気極K−4を形成した。さらに、この8YSZ基板の側面に白金線を巻き付け、参照極とし、比較例1の固体電解質型燃料電池を形成させた。
Next, using a composite ceramic powder G-4 (G-4B) obtained by heat-treating the dried product F-4 at 1000 ° C. for 6 hours, 8 mol% having a thickness of 300 μm, which is a solid electrolyte, in the same manner as in Example 1. A fuel electrode I-4 made of the composite ceramic powder of Comparative Example 1 was formed on the surface of a yttria-stabilized zirconia (8YSZ) substrate.
Next, an air electrode K-4 was formed on the back surface of the 8YSZ substrate on which the fuel electrode I-4 was formed by the same method as in Example 1. Further, a platinum wire was wound around the side surface of the 8YSZ substrate to serve as a reference electrode, and the solid oxide fuel cell of Comparative Example 1 was formed.

「比較例2」
純水に、炭酸水素アンモニウム9.75gを溶解し、さらにアンモニア水を加えてpHを8とするとともに、水溶液全量を241.75gとした塩基性炭酸水素アンモニウム水溶液A−5を調製した。
次に、pH2.0の希硝酸420gに、硝酸ランタン6水和物7.48g、硝酸ストロンチウム0.92g及び硝酸マンガン6水和物6.32gを溶解させ、A1−x1−y形成用イオンとしてのランタンイオンとストロンチウムイオンとマンガンイオンとを含む水溶液C−5を調製した。
なお、本比較例における金属イオン量の比率は、La:8、Sr:2、Mn:10となるように定めてある。
"Comparative Example 2"
Aqueous ammonium hydrogen carbonate solution A-5 was prepared by dissolving 9.75 g of ammonium hydrogen carbonate in pure water and further adding aqueous ammonia to adjust the pH to 8 and making the total amount of the aqueous solution 241.75 g.
Next, 7.48 g of lanthanum nitrate hexahydrate, 0.92 g of strontium nitrate and 6.32 g of manganese nitrate hexahydrate are dissolved in 420 g of dilute nitric acid having a pH of 2.0, and A 1-x B x C 1- the aqueous solution C-5 containing lanthanum ions and strontium ions and manganese ions as y D y O 3 forming ions was prepared.
In addition, the ratio of the amount of metal ions in this comparative example is determined to be La: 8, Sr: 2, Mn: 10.

次に、炭酸水素アンモニウム水溶液A−5に、アンモニア水を同時に加えることでpHを8に維持しながら、ランタンイオンとストロンチウムイオンとマンガンイオンとを含む水溶液C−5を加えて混合することで、沈殿物L−5を調製した。
次いで、得られた沈殿物L−5を吸引濾過洗浄装置にて数回水洗して不純物イオンを除去し、次いでエタノールにて溶媒置換を行い、その後、乾燥機中にて80℃で24時間乾燥し、乾燥物M−5を得た。次いで、得られた乾燥物M−5を乳鉢で粉砕し、800℃にて6時間、電気炉にて熱処理し、ランタンストロンチウムマンガネート(La0.8Sr0.2MnO、LSM)粉体N−5を得た。
Next, the aqueous solution C-5 containing lanthanum ions, strontium ions, and manganese ions is added to and mixed with the aqueous ammonium bicarbonate solution A-5 while maintaining the pH at 8 by simultaneously adding aqueous ammonia. A precipitate L-5 was prepared.
Subsequently, the obtained precipitate L-5 was washed with water several times with a suction filtration washing device to remove impurity ions, and then the solvent was replaced with ethanol, followed by drying at 80 ° C. for 24 hours in a dryer. To obtain a dried product M-5. Subsequently, the obtained dried product M-5 was pulverized in a mortar and heat-treated in an electric furnace at 800 ° C. for 6 hours to obtain lanthanum strontium manganate (La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 , LSM) powder. N-5 was obtained.

次いで、得られたLSM粉体N−5を0.75g、及び10mol%イットリア安定化ジルコニア(10YSZ)(東ソー社製)粉末0.75gを、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発させて除去し、ランタンストロンチウムマンガネート(LSM)−イットリア安定化ジルコニア(10YSZ)ペーストJ−5を作製した。
すなわち、ランタンストロンチウムマンガネート(LSM)とイットリア安定化ジルコニア(10YSZ)との質量比は、LSM:10YSZ=0.50:0.50となる。
Next, 0.75 g of the obtained LSM powder N-5 and 0.75 g of 10 mol% yttria-stabilized zirconia (10YSZ) (manufactured by Tosoh Corporation), 0.5 g of polyethylene glycol (molecular weight: 400) and 10 g of ethanol Then, the mixed solution was heated to 80 ° C. to evaporate and remove ethanol to prepare lanthanum strontium manganate (LSM) -yttria stabilized zirconia (10YSZ) paste J-5. .
That is, the mass ratio of lanthanum strontium manganate (LSM) to yttria stabilized zirconia (10YSZ) is LSM: 10YSZ = 0.50: 0.50.

次に、固体電解質である厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板の表面上に、実施例2と同様にして燃料極I−5を形成した。
次に、ペーストJ−5を用い、実施例2と同様にして、燃料極I−5を形成した8YSZ基板の裏面上に比較例2の複合セラミックス粉体からなる空気極K−5を形成した。さらに、この8YSZ基板の側面に白金線を巻き付け、参照極とし、実施例2の固体電解質型燃料電池を形成させた。
Next, a fuel electrode I-5 was formed on the surface of an 8 mol% yttria stabilized zirconia (8YSZ) substrate having a thickness of 300 μm, which is a solid electrolyte, in the same manner as in Example 2.
Next, using paste J-5, an air electrode K-5 made of the composite ceramic powder of Comparative Example 2 was formed on the back surface of the 8YSZ substrate on which the fuel electrode I-5 was formed in the same manner as in Example 2. . Further, a platinum wire was wound around the side surface of the 8YSZ substrate to form a reference electrode, and the solid oxide fuel cell of Example 2 was formed.

「比較例3」
純水に炭酸水素アンモニウム9.75gを溶解し、さらにアンモニア水を加えてpHを8とするとともに、水溶液全量を241.75gとした塩基性炭酸水素アンモニウム水溶液A−6を調製した。
次に、純水420gに、塩化酸化ジルコニウム8水和物11.13g、硝酸イットリウム6水和物2.09g、硝酸ランタン6水和物7.48g、硝酸ストロンチウム0.92g及び硝酸マンガン6水和物6.32gを溶解させ、ジルコニウムイオンと、金属Eイオンとしてのイットリウムイオンと、A1−x1−y形成用イオンとしてのランタンイオンとストロンチウムイオンとマンガンイオンとを含む水溶液B−6を調製した。
なお、水溶液A−6に含まれる炭酸イオン量は、水溶液B−6に含まれるジルコニウムイオン量の3.56倍となる。
また、本実施例における金属イオン量の比率は、La:8、Sr:2、Mn:10となるように定めており、さらに、最終的に得られる酸化物、すなわちランタンストロンチウムマンガネート(LSM)とイットリウムイオン固溶ジルコニア(YSSZ)との質量比は、LSM:YSSZ=0.50:0.50となるように定めてある。
“Comparative Example 3”
Aqueous ammonium hydrogen carbonate A-6 was prepared by dissolving 9.75 g of ammonium hydrogen carbonate in pure water and further adding aqueous ammonia to adjust the pH to 8 and the total amount of the aqueous solution was 241.75 g.
Next, 420 g of pure water was mixed with 11.13 g of zirconium chloride octahydrate, 2.09 g of yttrium nitrate hexahydrate, 7.48 g of lanthanum nitrate hexahydrate, 0.92 g of strontium nitrate and manganese nitrate hexahydrate. 6.32 g of the product is dissolved, and zirconium ions, yttrium ions as metal E ions, lanthanum ions, strontium ions, and manganese ions as ions for forming A 1-x B x C 1-y D y O 3 An aqueous solution B-6 containing was prepared.
Note that the amount of carbonate ions contained in the aqueous solution A-6 is 3.56 times the amount of zirconium ions contained in the aqueous solution B-6.
The ratio of the amount of metal ions in this example is determined to be La: 8, Sr: 2, Mn: 10, and the oxide finally obtained, that is, lanthanum strontium manganate (LSM) The mass ratio of yttrium ion solid solution zirconia (YSSZ) is determined to be LSM: YSSZ = 0.50: 0.50.

次に、水溶液A−6に、アンモニア水を同時に加えることでpHを8に維持しながら、水溶液B−6を混合することで、沈殿物E−6を調製した。
次いで、得られた沈殿物E−6を吸引濾過洗浄装置にて数回水洗して不純物イオンを除去し、次いでエタノールにて溶媒置換を行い、その後、乾燥機中にて80℃で24時間乾燥し、乾燥物F−6を得た。
次いで、得られた乾燥物F−6を乳鉢で粉砕し、電気炉にて800℃または1000℃にて熱処理し、実施例2のランタンストロンチウムマンガネート(LSM)−イットリウムイオン固溶ジルコニア(YSSZ)の複合セラミックス粉体G−6を得た。
Next, the aqueous solution A-6 was mixed with the aqueous solution B-6 while maintaining the pH at 8 by simultaneously adding aqueous ammonia to the aqueous solution A-6 to prepare a precipitate E-6.
Next, the obtained precipitate E-6 was washed with water several times with a suction filtration washing device to remove impurity ions, and then the solvent was replaced with ethanol, followed by drying at 80 ° C. for 24 hours in a dryer. To obtain a dry product F-6.
Subsequently, the obtained dried product F-6 was pulverized in a mortar and heat-treated at 800 ° C. or 1000 ° C. in an electric furnace, and lanthanum strontium manganate (LSM) -yttrium ion solid solution zirconia (YSSZ) of Example 2 Composite ceramic powder G-6 was obtained.

次に、固体電解質である厚み300μmの8mol%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)基板の表面上に、実施例2と同様にして燃料極I−6を形成した。   Next, a fuel electrode I-6 was formed in the same manner as in Example 2 on the surface of an 8 mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ) substrate having a thickness of 300 μm, which is a solid electrolyte.

次に、乾燥物F−6を1000℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−6(G−6B)を1.5g取り、ポリエチレングリコール(分子量:400)0.5g及びエタノール10gと共にボールミルにて混合し、次いで、この混合溶液を80℃に加温してエタノールを蒸発除去し、LSM−YSSZペーストJ−6を作製した。
このLSM−YSSZペーストJ−6を、燃料極I−6を形成した8YSZ基板の裏面上にスクリーン印刷にて塗布し、その後、1200℃にて2時間焼成し、8YSZ基板上に比較例3の複合セラミックス粉体からなる空気極K−6を形成した。さらに、この8YSZ基板の側面に白金線を巻き付け、参照極とし、実施例2の固体酸化物形燃料電池を形成させた。
Next, 1.5 g of the composite ceramic powder G-6 (G-6B) obtained by heat-treating the dried product F-6 at 1000 ° C. for 6 hours was taken and ball milled together with 0.5 g of polyethylene glycol (molecular weight: 400) and 10 g of ethanol. Then, the mixed solution was heated to 80 ° C. to evaporate and remove ethanol to prepare LSM-YSSZ paste J-6.
This LSM-YSSZ paste J-6 was applied by screen printing on the back surface of the 8YSZ substrate on which the fuel electrode I-6 was formed, then baked at 1200 ° C. for 2 hours, and the comparative example 3 was applied on the 8YSZ substrate. An air electrode K-6 made of composite ceramic powder was formed. Further, a platinum wire was wound around the side surface of the 8YSZ substrate to form a reference electrode, and the solid oxide fuel cell of Example 2 was formed.

[複合セラミックス粉体の評価]
実施例1〜3および比較例1,3で作成した粉体試料について、粉末X線回折装置(XRD、JEOL(日本電子)製 JDX3530M)を用いた粉末X線回折法による測定により、粉体試料の同定を行うとともに、得られた回折ピークの半値幅より結晶子径を算出した。また、実施例1の複合セラミックス粉末については透過型電子顕微鏡(TEM、JEOL製 JEM−2010)を用いて観察を行った。
なお、比較例2では、LSM粉体N−5を単独で作成した後、10YSZ粉末と混合しており、複合粉体は形成されていないことから、粉末X線回折での成分同定には意味がなく、また結晶子径を算出しても複合化度を評価できないことから、粉末X線回折測定による評価は行っていない。
[Evaluation of composite ceramic powder]
Powder samples prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 3 were measured by powder X-ray diffractometry using a powder X-ray diffractometer (XRD, JDX3530M manufactured by JEOL (JEOL)). The crystallite diameter was calculated from the half width of the obtained diffraction peak. Moreover, about the composite ceramic powder of Example 1, it observed using the transmission electron microscope (TEM, JEM-2010 made from JEOL).
In Comparative Example 2, LSM powder N-5 was prepared alone and then mixed with 10YSZ powder, and no composite powder was formed. Therefore, it is meaningful for component identification by powder X-ray diffraction. In addition, since the degree of complexation cannot be evaluated even if the crystallite diameter is calculated, evaluation by powder X-ray diffraction measurement is not performed.

図2は、実施例1の乾燥物F−1を800℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−1(G−1A)のXRDパターンである。熱処理後のXRDパターンには、YSSZとNiOに帰属されるピークが現れており、その他の化合物由来のピークは見られず、複合セラミックス粉体はこれらの物質のみを含有していることがわかる。YSSZの結晶子径は約11nm、NiOの結晶子径は約19nmであった。
なお、YSSZは実質的にイットリア安定化ジルコニア(YSZ)と同一であったことから、XRDにおけるYSSZピークの帰属は、YSZの値を対して行った。
また、1000℃で6時間熱処理した、実施例1の複合セラミックス粉体G−1BのXRDパターンも、YSSZとNiOに帰属されるピークのみが現れており、複合セラミックス粉体はこれらの物質のみを含有していることがわかった。なお、結晶子径は、半値幅が小さいために算出できなかった。
FIG. 2 is an XRD pattern of composite ceramic powder G-1 (G-1A) obtained by heat-treating the dried product F-1 of Example 1 at 800 ° C. for 6 hours. In the XRD pattern after the heat treatment, peaks attributed to YSSZ and NiO appear, and no peaks derived from other compounds are seen, indicating that the composite ceramic powder contains only these substances. The crystallite size of YSSZ was about 11 nm, and the crystallite size of NiO was about 19 nm.
Since YSSZ was substantially the same as yttria-stabilized zirconia (YSZ), the assignment of the YSSZ peak in XRD was performed with respect to the value of YSZ.
In addition, the XRD pattern of the composite ceramic powder G-1B of Example 1 heat-treated at 1000 ° C. for 6 hours also shows only peaks attributable to YSSZ and NiO, and the composite ceramic powder contains only these substances. It was found that it contained. The crystallite diameter could not be calculated due to the small half width.

図3は、複合セラミックス粉体G−1Aの透過型電子顕微鏡像である。複合セラミックス粉体中では、10nm程度の均一な粒径分布を持った粒子が存在していることが分かる。
以上の結果から、実施例1の複合セラミックス粉体は非常に微細なYSSZおよびNiOから構成されることが分かった。
FIG. 3 is a transmission electron microscope image of the composite ceramic powder G-1A. It can be seen that there are particles having a uniform particle size distribution of about 10 nm in the composite ceramic powder.
From the above results, it was found that the composite ceramic powder of Example 1 was composed of very fine YSSZ and NiO.

図4は、実施例2の乾燥物F−2を800℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−2(G−2A)のXRDパターンである。熱処理後のXRDパターンには、YSSZとLSMに帰属されるピークが現れており、その他の化合物由来のピークは見られず、複合セラミックス粉体はこれらの物質のみを含有していることがわかる。YSSZの結晶子径は約3nm、LSMの結晶子径は約14nmであり、微細なLSMおよびYSSZから構成されることが分かった。
また実施例1と同様、本実施例のYSSZについても、XRDにおけるピークの帰属はYSZの値を対して行っている。
FIG. 4 is an XRD pattern of composite ceramic powder G-2 (G-2A) obtained by heat-treating the dried product F-2 of Example 2 at 800 ° C. for 6 hours. In the XRD pattern after the heat treatment, peaks attributed to YSSZ and LSM appear, and no peaks derived from other compounds are seen, indicating that the composite ceramic powder contains only these substances. The crystallite size of YSSZ was about 3 nm, and the crystallite size of LSM was about 14 nm. It was found that YSSZ was composed of fine LSM and YSSZ.
Similarly to Example 1, in the YSSZ of this example, the attribution of the peak in XRD is performed with respect to the value of YSZ.

図5は、実施例3の乾燥物F−3を800℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−3(G−3A)の粉末X回折(XRD)パターンである。本実施例においても、熱処理後のXRDパターンにはYSSZとLSMに帰属されるピークが現れており、その他の化合物由来のピークは見られず、複合セラミックス粉体はこれらの物質のみを含有していることがわかる。YSSZの結晶子径は約5nm、LSMの結晶子径は約13nmであり、微細なLSMおよびYSSZから構成されることが分かった。
また実施例1と同様、本実施例のYSSZについても、XRDにおけるピークの帰属はYSZの値を対して行っている。
FIG. 5 is a powder X diffraction (XRD) pattern of the composite ceramic powder G-3 (G-3A) obtained by heat-treating the dried product F-3 of Example 3 at 800 ° C. for 6 hours. Also in this example, peaks attributed to YSSZ and LSM appear in the XRD pattern after heat treatment, no peaks derived from other compounds are seen, and the composite ceramic powder contains only these substances. I understand that. The crystallite size of YSSZ was about 5 nm, and the crystallite size of LSM was about 13 nm, and it was found that it was composed of fine LSM and YSSZ.
Similarly to Example 1, in the YSSZ of this example, the attribution of the peak in XRD is performed with respect to the value of YSZ.

これらの実施例に対して、比較例1の乾燥物F−4を800℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−4(G−4A)をXRDで同定した結果、YSSZとNiOに帰属されるピークが現れており、その他の化合物由来のピークは見られず、複合セラミックス粉体は、実施例1と同様、YSSZとNiOのみを含有していることがわかった。一方、YSSZの結晶子径は約35nm、NiOの結晶子径は約51nmであり、実施例1に対して2.5倍以上に増加していた。   With respect to these examples, the composite ceramic powder G-4 (G-4A) obtained by heat-treating the dried product F-4 of Comparative Example 1 at 800 ° C. for 6 hours was identified by XRD. As a result, it belongs to YSSZ and NiO. The peak derived from other compounds was not seen, and it was found that the composite ceramic powder contained only YSSZ and NiO, as in Example 1. On the other hand, the crystallite size of YSSZ was about 35 nm, and the crystallite size of NiO was about 51 nm, which was 2.5 times or more that of Example 1.

また、比較例3の乾燥物F−6を800℃にて6時間熱処理した複合セラミックス粉体G−6(G−6A)をXRDで同定した結果、YSSZとLSMに帰属されるピークが現れており、その他の化合物由来のピークは見られず、複合セラミックス粉体は、実施例2と同様、YSSZとLSMのみを含有していることがわかった。YSSZの結晶子径は約9nm、LSMの結晶子径は約20nmであり、微細なLSMおよびYSSZから構成されていたが、実施例2及び3に比べ結晶子径は大きかった。   Moreover, as a result of identifying the composite ceramic powder G-6 (G-6A) obtained by heat-treating the dried product F-6 of Comparative Example 3 at 800 ° C. for 6 hours by XRD, peaks attributed to YSSZ and LSM appeared. No peaks derived from other compounds were observed, and it was found that the composite ceramic powder contained only YSSZ and LSM, as in Example 2. The crystallite size of YSSZ was about 9 nm, the crystallite size of LSM was about 20 nm, and it was composed of fine LSM and YSSZ, but the crystallite size was larger than those of Examples 2 and 3.

[固体酸化物形燃料電池の電極の特性評価]
実施例1〜3および比較例1〜3の固体電解質形燃料電池における燃料極または空気極の電極反応抵抗を、図1に示す電気化学特性評価装置を用いて測定した。ここでは、空気極と参照極に乾燥空気を、また燃料極に3%HO−97%Hの組成の加湿水素ガスを、それぞれ50mL/分の流量にて供給して測定した。
測定において、作成した複合セラミックス粉体を用いて燃料極を形成した実施例・比較例については、空気極を対極とし、参照極−燃料極間の交流インピーダンスを測定することにより、作成した燃料極の電極反応抵抗を評価した。
同様に、作成した複合セラミックス粉体を用いて空気極を形成した実施例・比較例については、燃料極を対極とし、参照極−空気極間の交流インピーダンスを測定することにより、作成した空気極の電極反応抵抗を評価した。
なお、測定温度は600℃、800℃の2通りとし、測定周波数は10kHz〜0.1Hzとした。
[Characteristic evaluation of solid oxide fuel cell electrode]
The electrode reaction resistance of the fuel electrode or air electrode in the solid oxide fuel cells of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was measured using the electrochemical property evaluation apparatus shown in FIG. Here, dry air was supplied to the air electrode and the reference electrode, and humidified hydrogen gas having a composition of 3% H 2 O-97% H 2 was supplied to the fuel electrode at a flow rate of 50 mL / min.
In Examples and Comparative Examples in which the fuel electrode was formed using the prepared composite ceramic powder in the measurement, the fuel electrode was prepared by measuring the AC impedance between the reference electrode and the fuel electrode using the air electrode as a counter electrode. The electrode reaction resistance was evaluated.
Similarly, for the examples and comparative examples in which the air electrode was formed using the prepared composite ceramic powder, the air electrode was prepared by measuring the AC impedance between the reference electrode and the air electrode using the fuel electrode as a counter electrode. The electrode reaction resistance was evaluated.
The measurement temperature was 600 ° C. and 800 ° C., and the measurement frequency was 10 kHz to 0.1 Hz.

実施例1の固体酸化物形燃料電池における燃料極の電極反応抵抗値は、600℃で1.95Ω/cm、800℃で0.058Ω/cmであり、燃料極として十分に低い抵抗値を示していることがわかった。
次に、実施例2の固体酸化物形燃料電池における空気極の電極反応抵抗値は、600℃で12.53Ω/cm、800℃で0.42Ω/cmであった。
また、実施例3の固体酸化物形燃料電池における空気極の電極反応抵抗値は、600℃で8.58Ω/cm、800℃で0.28Ω/cmであり、実施例2、3とも、空気極として十分に低い抵抗値を示していることがわかった。
Electrode reaction resistance of the fuel electrode in solid oxide fuel cell of Example 1 is 0.058Ω / cm 2 at 1.95Ω / cm 2, 800 ℃ at 600 ° C., sufficiently low resistance value as a fuel electrode It was found that
Next, the electrode reaction resistance value of the air electrode in the solid oxide fuel cell of Example 2 was 0.42Ω / cm 2 at 12.53Ω / cm 2, 800 ℃ at 600 ° C..
Further, the electrode reaction resistance of the air electrode in the solid oxide fuel cell of Example 3, was 0.28Ω / cm 2 at 8.58Ω / cm 2, 800 ℃ at 600 ° C., both Examples 2 and 3 It was found that the air electrode exhibited a sufficiently low resistance value.

これらの実施例に対して、比較例1の固体酸化物形燃料電池における燃料極の電極反応抵抗値は、600℃で13.22Ω/cm、800℃で0.64Ω/cmであり、実施例1の燃料極に比べて抵抗値が大幅に増加していた。
次に、比較例2の固体酸化物形燃料電池における空気極の電極反応抵抗値は、600℃で24.57Ω/cm、800℃で1.68Ω/cmであり、実施例2、3の空気極と比べて、抵抗値は増加していた。
また、比較例3の固体酸化物形燃料電池における空気極の電極反応抵抗値は、600℃で15.41Ω/cm、800℃で0.59Ω/cmであり、この抵抗値は比較例2に比べれば低いものの、実施例2、3の空気極と比べて増加していた。
For these examples, the electrode reaction resistance of the fuel electrode in solid oxide fuel cell of Comparative Example 1 is 0.64Ω / cm 2 at 13.22Ω / cm 2, 800 ℃ at 600 ° C., Compared with the fuel electrode of Example 1, the resistance value increased significantly.
Next, the electrode reaction resistance value of the air electrode in the solid oxide fuel cell of Comparative Example 2 is 1.68Ω / cm 2 at 24.57Ω / cm 2, 800 ℃ at 600 ° C., Example 2 and 3 The resistance value increased compared to the air electrode.
The electrode reaction resistance value of the air electrode in the solid oxide fuel cell of Comparative Example 3 is 0.59Ω / cm 2 at 15.41Ω / cm 2, 800 ℃ at 600 ° C., the resistance value of Comparative Example Although it was lower than 2, it increased compared to the air electrodes of Examples 2 and 3.

以上の結果をまとめ、実施例1〜3および比較例1〜3の複合セラミックス粉体および各電極における原料組成比と生成条件を表1に、生成複合セラミックス粉体の評価値と電極測定結果を表2に示す。   Summarizing the above results, Table 1 shows the raw material composition ratios and production conditions of the composite ceramic powders of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 and each electrode, and the evaluation values and electrode measurement results of the produced composite ceramic powders. It shows in Table 2.

評価の結果より、実施例1〜3で得られた複合セラミックス粒子における各成分の結晶子径は、対応する比較例における各成分の結晶子径に比べて小さくなっており、比較例に比べて、均質で、分布性に優れた複合セラミックス粒子が得られていることがわかった。
また、実施例1〜3で形成した各電極の反応抵抗値は、対応する比較例1〜3で形成した各電極の反応抵抗値よりも低く、比較例に比べて良好な電極特性を示すことがわかった。これは実施例で作成した複合セラミックス粉体に含まれる結晶子径が比較例で作成したものよりも小さいこと、および、実施例で作成した複合セラミックス粉体の組成が均質であることにより、実施例の電極が、三相界面が多く電極界面の組成が均一である電極となっていることによるものと考えられる。
From the results of the evaluation, the crystallite diameter of each component in the composite ceramic particles obtained in Examples 1 to 3 is smaller than the crystallite diameter of each component in the corresponding comparative example, compared to the comparative example. It was found that composite ceramic particles that were homogeneous and excellent in distribution were obtained.
Moreover, the reaction resistance value of each electrode formed in Examples 1 to 3 is lower than the reaction resistance value of each electrode formed in the corresponding Comparative Examples 1 to 3, and exhibits better electrode characteristics than the comparative example. I understood. This is due to the fact that the crystallite size contained in the composite ceramic powder prepared in the example is smaller than that prepared in the comparative example and that the composition of the composite ceramic powder prepared in the example is homogeneous. This is probably because the electrode in the example is an electrode having many three-phase interfaces and a uniform composition at the electrode interfaces.

以上の結果より、本実施形態の複合セラミックス粉体が、分布性および組成制御性に優れており、また本実施形態の固体酸化物形燃料電池に用いられる電極が、三相界面が多いため、空気極においては酸素還元能と電子伝導性に優れ、また燃料極においては水素酸化能と電子伝導性に優れることが確かめられた。
これらにより、本発明の有用性が確かめられた。
From the above results, the composite ceramic powder of the present embodiment is excellent in distribution and composition controllability, and the electrodes used in the solid oxide fuel cell of the present embodiment have many three-phase interfaces. It was confirmed that the air electrode was excellent in oxygen reduction ability and electronic conductivity, and that the fuel electrode was excellent in hydrogen oxidation ability and electronic conductivity.
Thus, the usefulness of the present invention was confirmed.

本発明の複合セラミックス粉体の製造方法によれは、少なくともA1−x1−yにて表される酸化物または酸化ニッケルと、金属Eのイオンが固溶することで酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、初めに、ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、塩基性水溶液中で反応させて、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させ、次いで、前記A1−x1−yで表される酸化物を構成するためにA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンまたはニッケルイオンと、金属Eのイオンとを、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させた塩基性水溶液中に添加することにより、前記A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む沈殿物、または、前記ニッケルイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む沈殿物を生成させ、次いで、この沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理することとしたので、複数種の酸化物粒子におけるナノメートルレベルでの分布性、組成制御性に優れるとともに、固体酸化物形燃料電池に適用した際には、三相界面が多く、酸素還元能と電子伝導性、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた複合セラミックス粉体を、容易かつ安価に得ることができる。 According to the method for manufacturing a composite ceramic powder of the present invention, that the oxide or nickel oxide expressed by at least A 1-x B x C 1 -y D y O 3, the ions of the metal E is dissolved And a zirconia to which oxygen ion conductivity is imparted. A method for producing a composite ceramic powder comprising first reacting zirconium ions and carbonate ions in a basic aqueous solution, One selected from the group of A, B, C and D to form a zirconium carbonate complex and then constitute the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 Alternatively, by adding two or more kinds of metal ions or nickel ions and metal E ions into the basic aqueous solution in which the basic zirconium carbonate complex is formed, the groups A, B, C and D are added. Select from A precipitate containing a complex salt consisting of one or more metal ions, the metal E ion, and the basic zirconium carbonate complex, or the nickel ion and the metal E ion, Since a precipitate containing a complex salt composed of the basic zirconium carbonate complex is generated, and then this precipitate is heat-treated at a temperature of 200 ° C. or higher, at the nanometer level in a plurality of types of oxide particles. In addition to its excellent distribution and composition controllability, it has many three-phase interfaces when applied to a solid oxide fuel cell, and it has a combination of oxygen reduction ability and electron conductivity, or hydrogen oxidation ability and electron conductivity. Ceramic powder can be obtained easily and inexpensively.

本発明の複合セラミックス粉体によれば、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法により得られるので、複数種の酸化物粒子におけるナノメートルレベルでの分布性、組成制御性に優れるとともに、固体酸化物形燃料電池に適用した際には、酸素還元能と電子伝導性、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた電極を形成することが可能な複合セラミックス粉体を提供することができる。   According to the composite ceramic powder of the present invention, since it is obtained by the method for producing a composite ceramic powder of the present invention, it is excellent in distribution and composition controllability at the nanometer level in a plurality of types of oxide particles, and solid oxidation. When applied to a physical fuel cell, it is possible to provide a composite ceramic powder capable of forming an electrode excellent in oxygen reduction ability and electron conductivity, or hydrogen oxidation ability and electron conductivity.

本発明の固体酸化物形燃料電池によれば、本発明の複合セラミックス粉体の製造方法により得られた複合セラミックス粉体を電極材料としたので、酸素還元能と電子伝導性、あるいは水素酸化能と電子伝導性に優れた電極を形成することができ、その結果、電池の出力及び特性を向上させることができる。
したがって、本発明により、固体酸化物形燃料電池の電極として好適に用いることができる複合セラミックス粉体が容易に得られるようになるとともに、この複合セラミックス粉体を用いた固体酸化物形燃料電池の特性を向上させることができるので、固体酸化物形燃料電池をはじめとするさまざまな工業分野において、その利用価値は大である。
According to the solid oxide fuel cell of the present invention, since the composite ceramic powder obtained by the method for producing a composite ceramic powder of the present invention is used as an electrode material, oxygen reduction ability and electron conductivity, or hydrogen oxidation ability As a result, the output and characteristics of the battery can be improved.
Therefore, according to the present invention, a composite ceramic powder that can be suitably used as an electrode of a solid oxide fuel cell can be easily obtained, and a solid oxide fuel cell using the composite ceramic powder can be obtained. Since the characteristics can be improved, the utility value is great in various industrial fields including solid oxide fuel cells.

1 電解質
2 参照極
3 空気極
4 燃料極
5 白金網
6 ガラスシール
7、8 アルミナ管
9 白金線
10 乾燥空気
11 加湿水素ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolyte 2 Reference electrode 3 Air electrode 4 Fuel electrode 5 Platinum net 6 Glass seal 7, 8 Alumina tube 9 Platinum wire 10 Dry air 11 Humidified hydrogen gas

Claims (6)

少なくともA1−x1−y(式中、AはLa及びSmの群から選択される1種または2種の元素、BはSr、Ca及びBaの群から選択される1種または2種以上の元素、CはCo、Ga及びMnの群から選択される1種または2種以上の元素、DはFe、Mg及びNiの群から選択される1種または2種以上の元素であり、0.1≦x≦0.5、0≦y≦1.0)にて表される酸化物または酸化ニッケルと、酸化ジルコニウムに固溶することで酸化ジルコニウムに酸素イオン導電性を付与できる金属Eのイオンが固溶して酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、
ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、塩基性水溶液中で反応させて、塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させる第1の工程と、
前記A1−x1−yで表される酸化物を構成するためにA、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンまたはニッケルイオンと、前記金属Eのイオンとを、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させた塩基性水溶液中に添加することにより、前記A、B、C及びDの群から選択される1種または2種以上の金属のイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む第1の沈殿物、または、前記ニッケルイオンと、前記金属Eのイオンと、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体と、からなる錯塩を含む第2の沈殿物を生成させる第2の工程と、
前記第1または第2の沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理する第3の工程と、を有することを特徴とする複合セラミックス粉体の製造方法。
At least A 1-x B x C 1-y D y O 3 (wherein A is one or two elements selected from the group of La and Sm, B is selected from the group of Sr, Ca and Ba) One or more elements, C is one or more elements selected from the group of Co, Ga and Mn, D is one or two elements selected from the group of Fe, Mg and Ni Oxygen ion conductivity in zirconium oxide by solid solution in the oxide or nickel oxide represented by 0.1 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 1.0) and zirconium oxide. Zirconia in which ions of metal E capable of imparting properties are dissolved and oxygen ion conductivity is imparted, and a method for producing a composite ceramic powder comprising:
A first step of reacting zirconium ions and carbonate ions in a basic aqueous solution to form a basic zirconium carbonate complex;
One or two or more kinds of metal ions selected from the group consisting of A, B, C and D to constitute the oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 One or two selected from the group of A, B, C, and D by adding nickel ions and metal E ions to the basic aqueous solution in which the basic zirconium carbonate complex is formed. A first precipitate containing a complex salt comprising ions of at least a metal, the metal E ion, and the basic zirconium carbonate complex, or the nickel ion, the metal E ion, and the base A second step of generating a second precipitate containing a complex salt comprising a functional zirconium carbonate complex;
And a third step of heat-treating the first or second precipitate at a temperature of 200 ° C. or higher.
少なくともA1−x1−yにて表される酸化物と、金属Eのイオンが固溶することで酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、
前記第1の工程において、前記ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、前記ジルコニウムイオン量の3.2倍以上かつ5.3倍以下の前記炭酸イオン量を含有する塩基性水溶液中で反応させて、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させ、
前記第3の工程において、前記第2の工程で生成される前記第1の沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理することを特徴とする請求項1に記載の複合セラミックス粉体の製造方法。
It contains at least an oxide represented by A 1-x B x C 1-y D y O 3 and zirconia to which oxygen ion conductivity is imparted by dissolving a metal E ion. A method for producing a composite ceramic powder comprising:
In the first step, the zirconium ion and carbonate ion are reacted in a basic aqueous solution containing the carbonate ion amount that is 3.2 times or more and 5.3 times or less the zirconium ion amount, and Forming a basic zirconium carbonate complex;
The method for producing a composite ceramic powder according to claim 1, wherein in the third step, the first precipitate generated in the second step is heat-treated at a temperature of 200 ° C or higher. .
酸化ニッケルと、金属Eのイオンが固溶することで酸素イオン導電性が付与されたジルコニアと、を含有してなる複合セラミックス粉体の製造方法であって、
前記第1の工程において、前記ジルコニウムイオンと炭酸イオンとを、前記ジルコニウムイオン量の0.5倍以上かつ5.3倍以下の前記炭酸イオン量を含有する塩基性水溶液中で反応させて、前記塩基性炭酸ジルコニウム錯体を形成させ、
前記第3の工程において、前記第2の工程で生成される前記第2の沈殿物を200℃以上の温度にて熱処理することを特徴とする請求項1に記載の複合セラミックス粉体の製造方法。
A method for producing a composite ceramic powder comprising nickel oxide and zirconia to which oxygen ion conductivity is imparted by dissolving ions of metal E,
In the first step, the zirconium ion and carbonate ion are reacted in a basic aqueous solution containing the carbonate ion amount that is 0.5 to 5.3 times the zirconium ion amount, and Forming a basic zirconium carbonate complex;
The method for producing a composite ceramic powder according to claim 1, wherein in the third step, the second precipitate produced in the second step is heat-treated at a temperature of 200 ° C or higher. .
前記塩基性水溶液のpHが7以上かつ9以下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の複合セラミックス粉体の製造方法。   The method for producing a composite ceramic powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the pH of the basic aqueous solution is 7 or more and 9 or less. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の複合セラミックス粉体の製造方法により得られることを特徴とする複合セラミックス粉体。   A composite ceramic powder obtained by the method for producing a composite ceramic powder according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の複合セラミックス粉体を電極材料として用いることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。   A solid oxide fuel cell comprising the composite ceramic powder according to claim 5 as an electrode material.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020045540A1 (en) * 2018-08-30 2020-03-05 堺化学工業株式会社 Electrolyte material for solid oxide fuel cell and method for producing precursor thereof

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2564331A (en) * 1947-07-07 1951-08-14 Procter & Gamble Preparation of a coprecipitated nickel-zirconium catalyst
US3235515A (en) * 1962-04-27 1966-02-15 Chemetron Corp Method of preparing a hydrogenation catalyst composition consisting of the oxides of zirconium and an iron group metal
JPS62153121A (en) * 1985-12-25 1987-07-08 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd Production of zirconia fine powder
JPH0316918A (en) * 1989-06-13 1991-01-24 Idemitsu Kosan Co Ltd Production of zirconia oxide powder
JPH06340560A (en) * 1993-05-28 1994-12-13 Asahi Glass Co Ltd Production of chlorinated hydrocarbon
JPH0789724A (en) * 1993-09-21 1995-04-04 Shell Internatl Res Maatschappij Bv Zirconia production method
JPH09506587A (en) * 1993-12-24 1997-06-30 ローヌ−プーラン シミ Precursors and mixed cerium or zirconium oxides, and methods of making and using these
JP2000044245A (en) * 1998-05-20 2000-02-15 Toto Ltd Production of lscm/ysz composite powder and production of solid electrolyte type fuel cell using the powder
JP3193294B2 (en) * 1996-05-24 2001-07-30 財団法人ファインセラミックスセンター Composite ceramic powder, method for producing the same, electrode for solid oxide fuel cell, and method for producing the same
JP2004514640A (en) * 2000-11-28 2004-05-20 レナル ソリューションズ インコーポレーテッド This application is a continuation-in-part of U.S. patent application Ser. No. 09 / 723,396, filed Nov. 28, 2000, which is hereby incorporated by reference. It is.
JP2005512927A (en) * 2001-12-17 2005-05-12 プラックセアー エス.ティ.テクノロジー、 インコーポレイテッド Method for producing stabilized zirconia
JP2006028009A (en) * 2004-07-13 2006-02-02 Hyundai Motor Co Ltd NiO-ceramic composite powder, fuel electrode of solid oxide fuel cell produced therefrom, and method for producing the same
JP2008293828A (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Tanaka Chemical Corp Material for fuel electrode of solid oxide fuel cell and method for producing the same
WO2009157546A1 (en) * 2008-06-27 2009-12-30 住友大阪セメント株式会社 Composite ceramic powder, process for production of same and solid oxide fuel cell

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2564331A (en) * 1947-07-07 1951-08-14 Procter & Gamble Preparation of a coprecipitated nickel-zirconium catalyst
US3235515A (en) * 1962-04-27 1966-02-15 Chemetron Corp Method of preparing a hydrogenation catalyst composition consisting of the oxides of zirconium and an iron group metal
JPS62153121A (en) * 1985-12-25 1987-07-08 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd Production of zirconia fine powder
JPH0316918A (en) * 1989-06-13 1991-01-24 Idemitsu Kosan Co Ltd Production of zirconia oxide powder
JPH06340560A (en) * 1993-05-28 1994-12-13 Asahi Glass Co Ltd Production of chlorinated hydrocarbon
JPH0789724A (en) * 1993-09-21 1995-04-04 Shell Internatl Res Maatschappij Bv Zirconia production method
JPH09506587A (en) * 1993-12-24 1997-06-30 ローヌ−プーラン シミ Precursors and mixed cerium or zirconium oxides, and methods of making and using these
JP3193294B2 (en) * 1996-05-24 2001-07-30 財団法人ファインセラミックスセンター Composite ceramic powder, method for producing the same, electrode for solid oxide fuel cell, and method for producing the same
JP2000044245A (en) * 1998-05-20 2000-02-15 Toto Ltd Production of lscm/ysz composite powder and production of solid electrolyte type fuel cell using the powder
JP2004514640A (en) * 2000-11-28 2004-05-20 レナル ソリューションズ インコーポレーテッド This application is a continuation-in-part of U.S. patent application Ser. No. 09 / 723,396, filed Nov. 28, 2000, which is hereby incorporated by reference. It is.
JP2005512927A (en) * 2001-12-17 2005-05-12 プラックセアー エス.ティ.テクノロジー、 インコーポレイテッド Method for producing stabilized zirconia
JP2006028009A (en) * 2004-07-13 2006-02-02 Hyundai Motor Co Ltd NiO-ceramic composite powder, fuel electrode of solid oxide fuel cell produced therefrom, and method for producing the same
JP2008293828A (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Tanaka Chemical Corp Material for fuel electrode of solid oxide fuel cell and method for producing the same
WO2009157546A1 (en) * 2008-06-27 2009-12-30 住友大阪セメント株式会社 Composite ceramic powder, process for production of same and solid oxide fuel cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6013054782; 細川洋一,外: '多成分共沈法によるLSM-YSZ複合ナノ粒子の合成とSOFCカソード電極への応用' 高温学会誌 Vol.35, No.6, 20091120, p.7-8, 高温学会 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020045540A1 (en) * 2018-08-30 2020-03-05 堺化学工業株式会社 Electrolyte material for solid oxide fuel cell and method for producing precursor thereof
JPWO2020045540A1 (en) * 2018-08-30 2020-09-03 堺化学工業株式会社 Method for manufacturing electrolyte material for solid oxide fuel cell and its precursor
JP2020170718A (en) * 2018-08-30 2020-10-15 堺化学工業株式会社 Electrolytic material for solid oxide fuel cell and method for manufacturing precursor thereof
US11962051B2 (en) 2018-08-30 2024-04-16 Sakai Chemical Industry Co., Ltd. Electrolyte material for solid oxide fuel cell and method for producing precursor therefor

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