固体电解质、电解质层及电池制造技术

本发明专利技术提供即使在低的温度区域也具有高电导率的固体电解质。一种固体电解质、使用了该固体电解质的电解质层及电池，该固体电解质为包含六方钙钛矿相关化合物的固体电解质，上述化合物为下述通式(1)所示的化合物。Ba

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电解质、电解质层及电池
本专利技术涉及在燃料电池等的固体电解质层中使用的固体电解质、使用了该固体电解质的电解质层以及电池。
技术介绍
近年来正在进行研究的燃料电池中，固体氧化物型燃料电池(以下，称为“SOFC”)的发电效率特别高，不需要燃料的改性装置，长期稳定性优异，因此存在能够广泛应用于家庭用和商业用的可能性，正受到关注。SOFC具备在固体电解质层的两侧设置燃料极和空气极而成的固体电解质-电极层叠体而构成。作为SOFC所使用的固体电解质层，作为氧化物离子(O2-)传导性陶瓷，已知氧化钇稳定化氧化锆(ZrO2-Y2O3)(以下记为“YSZ”)。作为SOFC中使用的固体电解质，除此之外，还能够使用电导率高的化合物，例如传导氧化物离子(O2-)、质子(H+)等离子的显示高离子传导率的化合物。专利文献1中公开了选自由阴离子、阳离子、质子、电子和空穴所组成的组中的至少1种载流子能够传导的结晶性无机化合物。非专利文献1中公开了作为离子传导率(σ)高的六方钙钛矿相关化合物的Ba7Nb4MoO20。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第6448020号公报非专利文献非专利文献1：SachaFop,Noveloxideionconductorsinthehexagonalperovskitefamily(六方钙钛矿家族的新型氧化物离子导体),uk.Bl.Ethos.701786,[平成30年12月25日阅览]，互联网<URL:https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do？uin＝uk.bl.ethos.701786＞
技术实现思路
专利技术所要解决的课题以往的将YSZ用于固体电解质的SOFC为了获得充分的性能，需要在高温下使其工作。其理由是因为YSZ为了确保电池所需要的氧化物离子传导率，需要大约700℃以上的高温。为了使电池在700℃以上这样的高温工作，需要按照将其工作的环境、空间、电池保持于高温、其它环境不成为高温的方式用于进行阻断或冷却的其它装置等。可以预测，如果能够使SOFC在低温下工作，则可减轻上述用于高温下使其工作的限制，SOFC的实用性显著地提高。此外，可以预测，即使在固体电解质的SOFC以外的利用方法中，由于能够在低温下工作，从而应用范围大幅扩展。因此，强烈期望在低温下具有高电导率的固体电解质。本专利技术是鉴于上述那样的情况而提出的，其目的在于提供即使在低的温度区域也具有高电导率的固体电解质，使用了该固体电解质的电解质层以及电池。用于解决课题的方法为了解决上述课题，本专利技术具有以下方式。[1]一种固体电解质，其为包含六方钙钛矿相关化合物的固体电解质，上述化合物为下述通式(1)所示的化合物。Ba7-αNb(4-x-y)Mо(1+x)MyO(20+z)···(1)[式(1)中，M为选自由Ag、Al、At、Au、Be、Bi、Br、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Dy、Er、Eu、Fe、Ga、Gd、Ge、Hf、Hg、Ho、I、In、Ir、La、Li、Lu、Mg、Mn、Na、Nb、Nd、Ni、Np、Os、P、Pb、Pd、Po、Pr、Pt、Pu、Re、Rh、Ru、S、Sb、Sc、Se、Si、Sm、Sn、Sr、Ta、Tb、Tc、Te、Ti、Tl、Tm、U、V、W、Xe、Y、Yb、Zn和Zr所组成的组中的至少1种元素的阳离子。α为Ba缺损量，表示0以上且0.5以下的数值，x表示-1.1以上且1.1以下的数值，y表示满足0以上且1.1以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值。其中式(1)中，满足|x|+y≥0.01。][2]一种固体电解质，其为包含六方钙钛矿相关化合物的固体电解质，上述化合物为下述通式(2)所示的化合物。Ba7-αNb(4-x―y)Mо(1+x)MyO(20+z)···(2)[式(2)中，M为选自由W、V、Cr、Mn、Ge、Si和Zr所组成的组中的至少1种元素的阳离子。α为Ba缺损量，表示0以上且0.5以下的数值，x表示-1.1以上且1.1以下的数值，y表示0以上且1.1以下并且满足|x|+y≥0.01的数值，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值。][3]一种固体电解质，其为包含六方钙钛矿相关化合物的固体电解质，上述化合物为下述通式(3)～(13)的任一者所示的化合物。Ba7Nb(4-x)Mо(1+x)O(20+z)···(3)[式(3)中，x表示-1.1以上且-0.01以下或0.01以上且1.1以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值。]Ba7Nb(4-y)MоMyO(20+z)···(4)[式(4)中，M为选自由V、Mn、Ge、Si和Zr所组成的组中的至少1种元素的阳离子。y表示0.01以上且1.1以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值。]Ba7Nb4Mо(1-y)MyO(20+z)···(5)[式(5)中，M为选自由V和Mn所组成的组中的至少1种元素的阳离子。z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值，y表示0.01以上且1.1以下的数值。]Ba7Nb(4-y)MоCryO(20+z)···(6)[式(6)中，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值，y表示0.01以上且1.1以下的数值。]Ba7Nb(4-y)MoWyO(20+z)···(7)[式(7)中，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值，y表示0.01以上且1.1以下的数值。]Ba3W(1-x)V(1+x)O(8.5+z)···(8)[式(8)中，x表示-0.8以上且0.2以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且1.0以下的数值。]Ba3MO(1-x)Ti(1+x)O(8+z)···(9)[式(9)中，x表示-0.3以上且0.1以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-0.1以上且0.3以下的数值。]Ba7Ca2Mn5O(20+z)···(10)[式(10)中，z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且1.0以下的数值。]Ba2.6Ca2.4La4Mn4O(19+z)···(11)[式(11)中，z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且1.0以下的数值。]La2Ca2MnO(7+z)···(12)[式(12)中，z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且1.0以下的数值。]Ba5M2Al2ZrO(13+z)···(13)[式(13)中，M表示Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu的任一者。z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且1.0以下的数值。][4]根据[1]或[2]所述的固体电解质，上述x为0.06以上0.30以下。[5]根据[3]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体电解质，其为包含六方钙钛矿相关化合物的固体电解质，所述化合物为下述通式(1)所示的化合物，/nBa

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190124 JP 2019-0102801.一种固体电解质，其为包含六方钙钛矿相关化合物的固体电解质，所述化合物为下述通式(1)所示的化合物，
Ba7-αNb(4-x-y)Mо(1+x)MyO(20+z)···(1)
式(1)中，M为选自由Ag、Al、At、Au、Be、Bi、Br、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Dy、Er、Eu、Fe、Ga、Gd、Ge、Hf、Hg、Ho、I、In、Ir、La、Li、Lu、Mg、Mn、Na、Nb、Nd、Ni、Np、Os、P、Pb、Pd、Po、Pr、Pt、Pu、Re、Rh、Ru、S、Sb、Sc、Se、Si、Sm、Sn、Sr、Ta、Tb、Tc、Te、Ti、Tl、Tm、U、V、W、Xe、Y、Yb、Zn和Zr所组成的组中的至少1种元素的阳离子，α为Ba缺损量，表示0以上且0.5以下的数值，x表示-1.1以上且1.1以下的数值，y表示满足0以上且1.1以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值，其中式(1)中，满足|x|+y≥0.01。


2.一种固体电解质，其为包含六方钙钛矿相关化合物的固体电解质，所述化合物为下述通式(2)所示的化合物，
Ba7-αNb(4-x―y)Mо(1+x)MyO(20+z)···(2)
式(2)中，M为选自由W、V、Cr、Mn、Ge、Si和Zr所组成的组中的至少1种元素的阳离子，α为Ba缺损量，表示0以上且0.5以下的数值，x表示-1.1以上且1.1以下的数值，y表示0以上且1.1以下并且满足|x|+y≥0.01的数值，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值。


3.一种固体电解质，其为包含六方钙钛矿相关化合物的固体电解质，所述化合物为下述通式(3)～(13)的任一者所示的化合物，
Ba7Nb(4-x)Mо(1+x)O(20+z)···(3)
式(3)中，x表示-1.1以上且-0.01以下或0.01以上且1.1以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值，
Ba7Nb(4-y)MоMyO(20+z)···(4)
式(4)中，M为选自由V、Mn、Ge、Si和Zr所组成的组中的至少1种元素的阳离子，y表示0.01以上且1.1以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值，
Ba7Nb4Mо(1-y)MyO(20+z)···(5)
式(5)中，M为选自由V和Mn所组成的组中的至少1种元素的阳离子，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值，y表示0.01以上且1.1以下的数值，
Ba7Nb(4-y)MоCryO(20+z)···(6)
式(6)中，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值，y表示0.01以上且1.1以下的数值，
Ba7Nb(4-y)MoWyO(20+z)···(7)
式(7)中，z为氧的非化学计量性，表示-2.0以上且2.0以下的数值，y表示0.01以上且1.1以下的数值，
Ba3W(1-x)V(1+x)O(8.5+z)···(8)
式(8)中，x表示-0.8以上且0.2以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且1.0以下的数值，
Ba3MO(1-x)Ti(1+x)O(8+z)···(9)
式(9)中，x表示-0.3以上且0.1以下的数值，z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且0.3以下的数值，
Ba7Ca2Mn5O(20+z)···(10)
式(10)中，z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且1.0以下的数值，
Ba2.6Ca2.4La4Mn4O(19+z)···(11)
式(11)中，z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且1.0以下的数值，
La2Ca2MnO(7+z)···(12)
式(12)中，z为氧的非化学计量性，表示-1.0以上且1.0以下的数值，
Ba5M2Al2ZrO(13+z)···(13)
式(13)中，M表...

【专利技术属性】
技术研发人员：八岛正知，辻口峰史，藤井孝太郎，丹羽荣贵，作田祐一，村上泰斗，安井雄太，菊地优冴，铃木雄贵，
申请(专利权)人：国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP