[發明專利]離子導體

有效

• 申請號: 200680008526.8
• 申請日: 2006-03-13
• 公開（公告）號: CN101142150A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 黑羽智宏;谷口升
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: C04B35/00
• 分類號: C04B35/00;C04B35/50;G01N27/41;G01N27/416
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 孫秀武;吳娟

技術領域

本發明涉及適合用于電化學裝置如燃料電池或傳感器中的離子導體。

背景技術

離子導體歷史悠久，迄今為止已開發出了各種類型的離子導體。具體而言，例如，用作燃料電池和氣體傳感器中的離子導體的氧化物離子導體的氧化鋯或氧化鈰。

至于質子導體，已經報導的有SrCe_1-xM_xO₃、CaZr_1-xM_xO₃和SrZr_1-xM_xO₃(M是三價元素)。

另外，鋇和鈰的氧化物BaCe_1-xM_xO₃(M是三價元素)據報導是同時傳導氧化物離子和質子的離子導體。特別地，當將Gd用作M并將x調節在0.16-0.23時，可以獲得高傳導率(例如專利文件1)。

雖然已經發現了許多其它的離子導體，但它們中很少能同時滿足導電性和可靠性這兩方面的要求并被投入使用的。當前，只有氧化鋯用作氧氣傳感器，SrCe_1-xM_xO₃和CaZr_1-xM_xO₃用來探測熔爐中的氫氣濃度。

然而，特別地，SrCe_1-xM_xO₃和CaZr_1-xM_xO₃僅在有限的環境中工作并且穩定性也不夠。例如，當將這些材料在水中煮沸時，它們會在約1-100小時內分解。而且，在85℃和85％RH下觀測到上述材料似乎因分解而發生的變化。

而且，混合離子導體BaCe_1-xM_xO₃也在沸水中分解或在高濕度下質量變差。當前，幾乎不存在由鈣鈦礦氧化物組成并且在高濕度下穩定的質子導體。

進而，專利文件2提出了BaZr_1-x-yCe_xM_yO₃，因其在沸水中穩定，是一種可以用作離子導體的鈣鈦礦氧化物。然而，與BaCe_1-xM_xO₃(M是三價元素)相比，BaZr_1-x-yCe_xM_yO₃的離子傳導率低。

另外，由于固體氧化物離子導體通常在高溫下使用，要求這樣的導體能夠抗熱沖擊。再者，由于這樣的質子導體經常用于還原氣氛中，還要求其具有抗還原性。

如上所述，為提供高可靠性裝置，離子導體必須具有高離子傳導率和穩定性。然而，雖然當前由鈣鐵礦氧化物組成的離子導體具有高離子傳導率，但它們的穩定性差，這包括耐濕性、耐還原性和抗熱沖擊性。特別地，銦氧化物由于易于在高溫下還原氣氛中被還原而穩定性差。

專利文件1：JP03-176700A

專利文件2：JP2000-302550A

發明公開

如上所述，高可靠性離子導體，特別是鈣鈦礦氧化物質子導體是稀少的。而且，通常被提出的鈣鈦礦氧化物在高濕度氣氛中或因不同的燒結性能在熱沖擊下不穩定。

簡而言之，離子導體的問題就是生產新型高可靠性離子導體材料以提高常規材料的可靠性，并且，特別要降低高濕度氣氛或還原性氣氛中的分解率。本發明解決了上述問題并以提供耐潮濕和耐還原性能優異的離子導體為目標。

為解決上述問題，本發明提供了：

離子導體，包括式(1)代表的鈣鈦礦氧化物：BaZr_aCe_bM¹_cL¹_dO_3-α...(1)(其中M¹是選自稀土元素，In、Mn、Fe、Co、Ni、Al和Ga中的至少一種元素，L¹是選自P、B和N中的至少一種元素，a、b、c、d和α滿足：0≤a＜1.2，0＜b＜1.2，0＜c＜1.2，0.9＜a+b+c＜1.2，0＜d＜0.1和0＜α＜3)。

特別地，優選上式(1)中滿足a＝0。

在該情況下，該鈣鈦礦氧化物可由式(2)代表：