[發明專利]離子、電子混合傳導性電解質與電極的層疊結構體、及其制造方法

有效

• 申請號: 201880032869.0
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN110637387B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 島田寬之;山口十志明
• 申請（專利權）人: 國立研究開發法人產業技術綜合研究所
• 主分類號: H01M8/1213
• 分類號: H01M8/1213;B32B9/00;C04B41/90;H01M4/86;H01M4/88;H01M8/12;H01M8/1253;H01M8/126
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 陳曦;向勇

本發明的目的是提供一種在用作固體氧化物型電池的電解質時，即使不使用昂貴的貴金屬，也能夠提高離子遷移數的薄膜狀的離子、電子混合傳導性電解質與電極的層疊結構體。離子、電子混合傳導性電解質與電極的層疊結構體具備致密電解質層(1)、多孔質電解質層(2)、以及多孔質電極(3)。致密電解質層(1)包含具備離子、電子混合傳導性的第一氧化物，膜厚為1～15μm且相對密度為95～100體積％。多孔質電解質層(2)層疊于致密電解質層(1)上，包含具備離子、電子混合傳導性的第二氧化物，膜厚為1～10μm且相對密度為30～90體積％。多孔質電極(3)層疊于多孔質電解質層上。

技術領域

本發明涉及一種離子、電子混合傳導性電解質與電極的層疊結構體、及其制造方法。

背景技術

電化學反應用的固體氧化物型電池，作為能實現高效能量轉換的器件，正在朝著實用化進行研究開發。作為使用固體氧化物型電池的器件的代表例，可舉出固體氧化物型燃料電池、固體氧化物型電解電池等。固體氧化物型電池是將以氧化物作為主要材料的致密體的電解質夾在空氣極和燃料極這兩個多孔體電極中間而構成的。傳導離子和電子兩者的電解質材料，被稱作離子、電子混合傳導性電解質。

作為電荷載體的離子主要是氧化物離子和質子。傳導氧化物離子的電解質材料被稱作氧化物離子傳導性電解質，傳導質子的電解質材料被稱作質子傳導性電解質。作為代表例可分別舉出，作為氧化物離子傳導性電解質的氧化鈰系材料等和作為質子傳導性電解質的鈣鈦礦型氧化物材料等。

離子、電子混合傳導性電解質中存在許多具有高導電率的材料。由于這些材料的使用溫度域寬達300～800℃，因此具有能夠實現用于各種用途的高輸出型固體氧化物型電池的潛力。另一方面，在將這些材料作為固體氧化物型電池的電解質來使用時，由于同時傳導離子和電子或空穴，因此有發生電子泄露的風險。因此，在使用了將這些材料作為電解質的固體氧化物型電池的器件中，存在燃料電池發電效率或電解氣體分離效率降低的課題。

相對于電子傳導性選擇性地提高離子傳導性，只要提高離子在傳導電解質的電荷載體中的比例，即離子遷移數，就能夠提高使用了離子、電子混合傳導性電解質的器件的燃料電池發電效率或電解氣體分離效率。另外，為了將離子、電子混合傳導性電解質在實用水平下作為固體氧化物型電池用的電解質來使用，從電阻降低和材料成本削減的觀點出發，需要薄膜化。因此，需要實現兼具高離子傳導率、高離子遷移數和薄膜化的離子、電子混合傳導性電解質。

目前為止，研究出通過控制作為電解質的氧化物材料的組成，來提高離子、電子混合傳導性電解質的離子遷移數。報告了實際地提高離子遷移數成功的事例(非專利文獻1)。但是，在非專利文獻1中，離子遷移數在500℃以下的低溫區域停留在0.9左右。為了實用化，需要在從300℃左右的低溫區域到700℃左右的高溫區域的溫度域內，實現更高的離子遷移數。另外，作為抑制電子泄露，并獲得高離子遷移數的成功例，報告了將離子、電子混合傳導性電解質和Pd膜進行層疊化(非專利文獻2)。但是，非專利文獻2所記載的層疊體，需要使用昂貴的作為貴金屬的Pd，難以成本削減。

現有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1：T.Yamaguchi,H.Shimada,U.Honda,H.Kishimoto,T.Ishiyama,K.Hamamoto,H.Sumi,T.Suzuki,Y.Fujishiro,Solid State Ionics,288,347-350(2016)。

非專利文獻2：N.Ito,M.Iijima,K.Kimura,S.Iguchi,Journal of PowerSources,152(2005)200-203。

發明內容

發明要解決的課題