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JP7300440B2 - Solid electrolyte junction - Google Patents
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Description

本発明は、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質の接合体に関する。本発明の固体電解質接合体は、その酸素イオン伝導性を利用した様々な分野に利用される。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid electrolyte assembly having oxide ion conductivity. The solid electrolyte assembly of the present invention is used in various fields utilizing its oxygen ion conductivity.

酸化物イオン伝導性の固体電解質が種々知られている。かかる固体電解質は、例えば酸素透過素子、燃料電池の電解質、及びガスセンサなどとして様々な分野で用いられている。例えば特許文献1には、一般式:La1-XSrGa1-YMg(式中、X=0.05~0.3、Y=0.025~0.3)で表される成分組成を有し、ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物イオン伝導体からなる電気化学セル用電解質膜が記載されている。この電解質膜は、膜面に垂直方向に成長し膜表面まで成長した柱状晶組織を有している。膜表面まで成長した柱状晶組織は、112方向が膜面に対して垂直方向に配向している。Various oxide ion-conducting solid electrolytes are known. Such solid electrolytes are used in various fields, for example, as oxygen permeable elements, fuel cell electrolytes, and gas sensors. For example, in Patent Document 1, the general formula: La 1-X Sr X Ga 1-Y MgY O 3 (wherein X=0.05 to 0.3, Y=0.025 to 0.3) and an electrolyte membrane for an electrochemical cell comprising an oxide ion conductor having a perovskite crystal structure. This electrolyte membrane has a columnar crystal structure that grows vertically to the membrane surface and grows to the membrane surface. In the columnar crystal structure grown to the film surface, the 112 direction is oriented perpendicular to the film surface.

特許文献2には、LaSiOを主成分とする第1の層とLaSiを主成分とする第2の層とを接触させた接合界面の近傍に、アパタイト型の結晶構造を有するランタンケイ酸塩が生成され、そのランタンケイ酸塩の結晶が、元の接合界面に対して、c軸が垂直方向に沿って配向している結晶配向セラミックスが記載されている。In Patent Document 2, apatite-type crystals are added near the bonding interface between a first layer containing La 2 SiO 5 as a main component and a second layer containing La 2 Si 2 O 7 as a main component. A crystallographically oriented ceramic is described in which a lanthanum silicate having a structure is produced and the crystals of the lanthanum silicate are oriented along the direction perpendicular to the c-axis with respect to the original bonding interface.

特許文献3には、アノード側電極とカソード側電極との間にアパタイト型複合酸化物からなる固体電解質が介装された電解質・電極接合体が記載されている。カソード側電極と固体電解質との間には、酸化物イオン伝導が等方性を示す中間層が介装されている。中間層は、サマリウム、イットリウム、ガドリニウム又はランタンがドープされた酸化セリウムからなる。固体電解質は、LaSi1.5X+12(8≦X≦10)からなる。この電解質・電極接合体によれば、固体酸化物形燃料電池の発電性能が向上すると、同文献には記載されている。Patent Document 3 describes an electrolyte-electrode assembly in which a solid electrolyte composed of an apatite-type composite oxide is interposed between an anode electrode and a cathode electrode. An intermediate layer exhibiting isotropic oxide ion conduction is interposed between the cathode-side electrode and the solid electrolyte. The intermediate layer consists of cerium oxide doped with samarium, yttrium, gadolinium or lanthanum. The solid electrolyte consists of La x Si 6 O 1.5X+12 (8≦X≦10). The document describes that the electrolyte-electrode assembly improves the power generation performance of the solid oxide fuel cell.

特開2008-10411号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-10411 国際公開2012/015061号公報International Publication 2012/015061 特開2013-51101号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-51101

特許文献1ないし3に記載のとおり、酸化物イオン伝導性の固体電解質を利用したデバイスは種々提案されているものの、デバイス全体で評価した場合、固体電解質が本来的に有している酸化物イオン伝導性を十分に引き出しているとは言えなかった。 As described in Patent Documents 1 to 3, various devices using oxide ion-conducting solid electrolytes have been proposed. It could not be said that sufficient conductivity was obtained.

したがって本発明の課題は、固体電解質が本来的に有している酸化物イオン伝導性を十分に活用できるデバイスを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a device that can fully utilize the oxide ion conductivity inherent in a solid electrolyte.

前記の課題を解決すべく本発明者は鋭意検討したところ、酸化物イオン伝導性の固体電解質に特定の状態となるよう材料を接合させて接合体となすことで、固体電解質が本来的に有している酸化物イオン伝導性を十分に引き出し得ることを知見した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors conducted intensive studies, and found that a solid electrolyte is inherently effective by bonding a material to an oxide ion-conducting solid electrolyte in a specific state to form a bonded body. It was found that the oxide ion conductivity that is required can be sufficiently brought out.

本発明の固体電解質接合体は前記知見に基づきなされたものであり、酸化物イオン伝導性を有する多結晶の固体電解質と、該固体電解質に接して積層され且つ酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合伝導電極層とが接合されてなり、
前記固体電解質を構成する材料と、前記混合伝導電極層を構成する材料とが、いずれも、該固体電解質と該混合伝導電極層が積層方向に沿って一軸配向している。このような固体電解質接合体を提供することによって前記の課題を解決したものである。
The solid electrolyte assembly of the present invention has been made based on the above findings, and includes a polycrystalline solid electrolyte having oxide ion conductivity, and a polycrystalline solid electrolyte having oxide ion conductivity and electronic conductivity, which is laminated in contact with the solid electrolyte. and a mixed conduction electrode layer having
Both the material forming the solid electrolyte and the material forming the mixed conducting electrode layer are uniaxially oriented along the stacking direction of the solid electrolyte and the mixed conducting electrode layer. The above problems have been solved by providing such a solid electrolyte assembly.

図1は、本発明の固体電解質接合体を用いたデバイスの一実施形態を示す厚み方向に沿う断面の模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along the thickness direction showing one embodiment of a device using the solid electrolyte assembly of the present invention.

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図1に示すとおり、本発明の固体電解質接合体10は、固体電解質からなる層(以下「固体電解質層」という。)11を備えている。固体電解質層11は、所定の温度以上で酸化物イオン伝導性を有する固体電解質からなる。固体電解質層11の一面には、該固体電解質層11に接して積層された混合伝導性を有する電極層(以下「混合伝導電極層」という。)12が接合されている。図1に示す実施形態においては、固体電解質層11と混合伝導電極層12が直接接しており、両者間に他の層は介在していない。混合伝導電極層12は、酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する材料からなる。これら固体電解質層11及び混合伝導電極層12から固体電解質接合体10が構成されている。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on its preferred embodiments with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a solid electrolyte assembly 10 of the present invention includes a layer 11 made of a solid electrolyte (hereinafter referred to as "solid electrolyte layer"). The solid electrolyte layer 11 is made of a solid electrolyte having oxide ion conductivity at a predetermined temperature or higher. An electrode layer having mixed conductivity (hereinafter referred to as “mixed conduction electrode layer”) 12 is bonded to one surface of the solid electrolyte layer 11 so as to be in contact with the solid electrolyte layer 11 . In the embodiment shown in FIG. 1, the solid electrolyte layer 11 and the mixed conducting electrode layer 12 are in direct contact with each other without any other layer interposed therebetween. The mixed conducting electrode layer 12 is made of a material having oxide ion conductivity and electronic conductivity. A solid electrolyte assembly 10 is composed of the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12 .

図1に示すとおり、固体電解質層11の2つの面のうち、混合伝導電極層12が配置されている面と反対側の面には、更に金属電極13が配置されていてもよい。この場合、固体電解質層11、混合伝導電極層12及び金属電極13がこのような順序で配置されていることによりデバイス20が構成される。図1に示す実施形態においては、固体電解質層11と金属電極13とは直接に接しており、両者間に他の層は介在していない。 As shown in FIG. 1, a metal electrode 13 may be further arranged on the surface of the solid electrolyte layer 11 opposite to the surface on which the mixed conduction electrode layer 12 is arranged. In this case, the device 20 is constructed by arranging the solid electrolyte layer 11, the mixed conducting electrode layer 12 and the metal electrode 13 in this order. In the embodiment shown in FIG. 1, the solid electrolyte layer 11 and the metal electrode 13 are in direct contact with each other without any other layer interposed therebetween.

図1においては、固体電解質層11と混合伝導電極層12とが異なるサイズで示されているが、両者の大小関係はこれに限られず、例えば固体電解質層11と混合伝導電極層12とは同じサイズであってもよい。固体電解質層11と金属電極13に関しても同様であり、両者は同じサイズであってもよく、あるいは例えば金属電極13よりも固体電解質層11のサイズの方が大きくなっていてもよい。 In FIG. 1, the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12 are shown with different sizes, but the size relationship between the two is not limited to this. It can be size. The same applies to the solid electrolyte layer 11 and the metal electrode 13. Both may be of the same size, or the size of the solid electrolyte layer 11 may be larger than that of the metal electrode 13, for example.

本発明者の検討の結果、固体電解質接合体10において、固体電解質層11に混合伝導電極層12を接合することで、固体電解質層11と混合伝導電極層12との間の電気抵抗を大きく低減させ得ることが判明した。また、デバイス20における電気抵抗を低減させるためには、固体電解質層11の酸化物イオン伝導性を高めることがまず重要であると考えられるが、酸化物イオン伝導性の高い材料を用いてデバイス20を構成すると、デバイス20全体での電気抵抗が高くなる傾向にあることが判った。特に、固体電解質層として、酸化物イオン伝導性の高い材料の一つである、ランタンの酸化物を含む固体電解質層を用いた場合、電気抵抗が高くなり、固体電解質接合体10中の酸素透過速度が低下する傾向にあるとの知見が得られた。この理由は現在のところ明確でないが、固体電解質層と、それに隣接して配される電極又は混合伝導電極層との界面の電気抵抗が高いことに起因しているのではないかと本発明者は考えている。 As a result of studies by the present inventors, in the solid electrolyte assembly 10, by bonding the mixed conduction electrode layer 12 to the solid electrolyte layer 11, the electrical resistance between the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12 is greatly reduced. It turned out to be possible. Moreover, in order to reduce the electrical resistance in the device 20, it is considered important to increase the oxide ion conductivity of the solid electrolyte layer 11. , the electrical resistance of the entire device 20 tends to increase. In particular, when a solid electrolyte layer containing lanthanum oxide, which is one of the materials with high oxide ion conductivity, is used as the solid electrolyte layer, the electrical resistance increases, and oxygen permeation through the solid electrolyte assembly 10 increases. It was found that the speed tends to decrease. The reason for this is not clear at present, but the present inventor believes that it is caused by the high electrical resistance at the interface between the solid electrolyte layer and the electrode or mixed conduction electrode layer arranged adjacent to it. thinking.

デバイス20における電気抵抗の増大、及びそれに起因する酸素透過速度の低下の問題を解決すべく本発明者が鋭意検討したところ、酸化物イオン伝導性を有する層である固体電解質層11に隣接して配される層として、酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合伝導電極層12を採用し、且つ固体電解質層11を構成する材料と、混合伝導電極層12を構成する材料とが、いずれも、固体電解質層11と混合伝導電極層12との積層方向に沿って一軸配向していることが有効であることが判明した。これによって、デバイス20の低温作動化を図ることができ、あるいは高い酸素透過量を有するデバイス20を得ることができる。これに対して、固体電解質層11を構成する材料、及び/又は混合伝導電極層12を構成する材料が無配向である場合や、両層の結晶が配向している場合であっても、それらの配向方向のいずれかでも積層方向に一致していない場合には、固体電解質層11と混合伝導電極層12との間の界面における電気抵抗が高くなってしまい、高い酸化物イオン伝導性を示すものとはならない。 As a result of extensive studies by the present inventors in order to solve the problem of the increase in electrical resistance in the device 20 and the resulting decrease in oxygen transmission rate, it was found that the solid electrolyte layer 11, which is a layer having oxide ion conductivity, As a layer to be arranged, the mixed conduction electrode layer 12 having oxide ion conductivity and electron conductivity is adopted, and the material constituting the solid electrolyte layer 11 and the material constituting the mixed conduction electrode layer 12 It has also been found that it is effective to uniaxially align the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12 along the stacking direction. This makes it possible to operate the device 20 at a low temperature, or obtain a device 20 having a high oxygen transmission rate. On the other hand, even if the material constituting the solid electrolyte layer 11 and/or the material constituting the mixed conduction electrode layer 12 is non-oriented, or the crystals of both layers are oriented, does not match the lamination direction, the electrical resistance at the interface between the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12 increases, resulting in high oxide ion conductivity. It doesn't matter.

固体電解質層11を構成する材料と、混合伝導電極層12を構成する材料を、前記積層方向に沿っていずれも一軸配向させるためには、例えば、基板となる固体電解質層11を300℃~700℃に加熱しながら、酸素分圧をコントロールした雰囲気で、物理気相蒸着法や化学気相蒸着法など利用し、固体電解質層11上に混合伝導電極層12の薄膜を形成し、局所的にエピタキシャル成長させればよい。また、原子層堆積法(ALD)を用い、固体電解質層11上に、混合伝導電極層12の一軸配向薄膜を形成することもできる。ただし、これらの手法に限定されるものではない。 In order to uniaxially orient both the material forming the solid electrolyte layer 11 and the material forming the mixed conduction electrode layer 12 along the stacking direction, for example, the solid electrolyte layer 11 serving as the substrate is heated at 300° C. to 700° C. While heating to ° C., using a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, etc., in an atmosphere in which the oxygen partial pressure is controlled, a thin film of the mixed conduction electrode layer 12 is formed on the solid electrolyte layer 11, and locally Epitaxial growth is sufficient. Atomic layer deposition (ALD) can also be used to form a uniaxially oriented thin film of the mixed conducting electrode layer 12 on the solid electrolyte layer 11 . However, it is not limited to these methods.

固体電解質層11を構成する材料と、混合伝導電極層12を構成する材料とが、いずれも一軸配向しているか否かは、接合界面のTEM(透過型電子顕微鏡)による断面観察から判断することができ、固体電解質層11及び混合伝導電極層12の格子定数や面間隔は、搖動させながらX線回折測定を行うことで得られる回折パターンから算出することができる。 Whether or not the material forming the solid electrolyte layer 11 and the material forming the mixed conduction electrode layer 12 are both uniaxially oriented can be determined by cross-sectional observation of the bonding interface with a TEM (transmission electron microscope). The lattice constants and interplanar spacings of the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12 can be calculated from diffraction patterns obtained by performing X-ray diffraction measurement while vibrating.

一層高い酸化物イオン伝導性を得る観点から、固体電解質層11を構成する材料のc軸と、混合伝導電極層12を構成する材料のc軸とが、いずれも、固体電解質層11と混合伝導電極層12との積層方向に沿って配向していることが好ましい。ここで、c軸が積層方向に沿って配向しているとは、多結晶体である固体電解質の個々の結晶におけるc軸の延びる方向と、層が積層する方向とが一致していることをいう。 From the viewpoint of obtaining a higher oxide ion conductivity, both the c-axis of the material forming the solid electrolyte layer 11 and the c-axis of the material forming the mixed-conducting electrode layer 12 are aligned with the solid electrolyte layer 11 and the mixed-conducting electrode layer 12. It is preferably oriented along the stacking direction with the electrode layer 12 . Here, the expression that the c-axis is oriented along the stacking direction means that the direction in which the c-axis extends in each crystal of the polycrystalline solid electrolyte matches the direction in which the layers are stacked. say.

固体電解質層11は、酸化物イオンがキャリアとなる導電体である。固体電解質層11を構成する固体電解質としては多結晶の材料が用いられる。そのような材料としては、酸化物イオン伝導性を有する材料としてこれまで知られている種々の材料が挙げられる。例えば、イットリア安定化ジルコニウム(YSZ)や、ランタンガレート(LaGaO)、などが挙げられる。The solid electrolyte layer 11 is a conductor in which oxide ions serve as carriers. A polycrystalline material is used as the solid electrolyte forming the solid electrolyte layer 11 . Examples of such materials include various materials hitherto known as materials having oxide ion conductivity. Examples include yttria-stabilized zirconium (YSZ) and lanthanum gallate (LaGaO 3 ).

特に、固体電解質層11を構成する材料として、ランタンの酸化物を用いると、酸化物イオン伝導性が一層高くなる点から好ましい。ランタンの酸化物としては、例えばランタン及びガリウムを含む複合酸化物や、該複合酸化物にストロンチウム、マグネシウム又はコバルトなどを添加した複合酸化物、ランタン及びモリブデンを含む複合酸化物などが挙げられる。特に、酸化物イオン伝導性が高いことから、ランタン及びケイ素の複合酸化物からなる酸化物イオン伝導性材料を用いることが好ましい。 In particular, it is preferable to use a lanthanum oxide as the material for forming the solid electrolyte layer 11, because the oxide ion conductivity is further increased. Examples of lanthanum oxides include composite oxides containing lanthanum and gallium, composite oxides obtained by adding strontium, magnesium, cobalt, or the like to the composite oxides, and composite oxides containing lanthanum and molybdenum. In particular, it is preferable to use an oxide ion conductive material comprising a composite oxide of lanthanum and silicon because of its high oxide ion conductivity.

ランタン及びケイ素の複合酸化物としては、例えばランタン及びケイ素を含むアパタイト型複合酸化物が挙げられる。アパタイト型複合酸化物としては、三価元素であるランタンと、四価元素であるケイ素と、Oとを含有し、その組成がLaSi1.5x+12(Xは8以上10以下の数を表す。)で表されるものが、酸化物イオン伝導性が高い点から好ましい。このアパタイト型複合酸化物を固体電解質層11として用いる場合には、c軸を固体電解質層11の厚み方向と一致させることが好ましい。このアパタイト型複合酸化物の最も好ましい組成は、La9.33Si26である。この複合酸化物は、例えば特開2013-51101号公報に記載の方法に従い製造することができる。Examples of composite oxides of lanthanum and silicon include apatite-type composite oxides containing lanthanum and silicon. The apatite-type composite oxide contains lanthanum, which is a trivalent element, silicon, which is a tetravalent element, and O, and has a composition of La x Si 6 O 1.5x+12 (X is a number of 8 or more and 10 or less represents.) is preferable from the viewpoint of high oxide ion conductivity. When this apatite-type composite oxide is used as the solid electrolyte layer 11 , it is preferable to align the c-axis with the thickness direction of the solid electrolyte layer 11 . The most preferred composition of this apatite-type composite oxide is La 9.33 Si 6 O 26 . This composite oxide can be produced, for example, according to the method described in JP-A-2013-51101.

固体電解質層11を構成する材料の別の例として、一般式(1):A9.33+x[T6.00-yy]O26.0+zで表される複合酸化物が挙げられる。この複合酸化物もアパタイト型構造を有するものである。式中のAは、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Be、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群から選ばれた一種又は二種以上の元素である。式中のTは、Si若しくはGe又はその両方を含む元素である。式中のMは、B、Ge、Zn、Sn、W及びMoからなる群から選ばれた一種又は二種以上の元素である。c軸配向性を高める観点から、MはB、Ge及びZnからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素であることが好ましい。Another example of the material forming the solid electrolyte layer 11 is a composite oxide represented by the general formula (1): A9.33+x [T6.00 - yMy ] O26.0+z . This composite oxide also has an apatite structure. A in the formula is one or more elements selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Be, Mg, Ca, Sr and Ba. T in the formula is an element containing Si or Ge or both. M in the formula is one or more elements selected from the group consisting of B, Ge, Zn, Sn, W and Mo. From the viewpoint of enhancing c-axis orientation, M is preferably one or more elements selected from the group consisting of B, Ge and Zn.

式中のxは、配向度及び酸化物イオン伝導性を高める観点から、-1.00以上1.00以下であることが好ましく、0.00以上0.70以下であることが更に好ましく、0.45以上0.65以下であることが一層好ましい。式中のyは、アパタイト型結晶格子におけるT元素位置を埋める観点から、0.40以上3.00以下であることが好ましく、0.40以上2.00以下であることが更に好ましく、0.40以上1.00以下であることが一層好ましい。式中のzは、アパタイト型結晶格子内での電気的中性を保つという観点から、-3.00以上2.00以下であることが好ましく、-2.00以上1.50以下であることが更に好ましく、-1.00以上1.00以下であることが一層好ましい。 From the viewpoint of increasing the degree of orientation and oxide ion conductivity, x in the formula is preferably −1.00 or more and 1.00 or less, more preferably 0.00 or more and 0.70 or less, and 0 0.45 or more and 0.65 or less is more preferable. In the formula, y is preferably 0.40 or more and 3.00 or less, more preferably 0.40 or more and 2.00 or less, from the viewpoint of filling the T element position in the apatite crystal lattice, and 0.40 or more and 3.00 or less. It is more preferably 40 or more and 1.00 or less. z in the formula is preferably -3.00 or more and 2.00 or less, and -2.00 or more and 1.50 or less from the viewpoint of maintaining electrical neutrality in the apatite crystal lattice. is more preferable, and more preferably -1.00 or more and 1.00 or less.

前記式中、Mのモル数に対するAのモル数の比率、言い換えれば前記式における(9.33+x)/yは、アパタイト型結晶格子における空間的な占有率を保つ観点から、3.00以上26.0以下であることが好ましく、6.20以上26.0以下であることが更に好ましく、12.00以上16.0以下であることが一層好ましい。 In the above formula, the ratio of the number of moles of A to the number of moles of M, in other words, (9.33+x)/y in the above formula is 3.00 or more 26 from the viewpoint of maintaining the spatial occupation rate in the apatite crystal lattice. 0.0 or less, more preferably 6.20 or more and 26.0 or less, and even more preferably 12.00 or more and 16.0 or less.

前記の一般式(1)で表される複合酸化物のうち、Aがランタンである複合酸化物、すなわちLa9.33+x[T6.00-yy]O26.0+zで表される複合酸化物を用いると、酸化物イオン伝導性が一層高くなる観点から好ましい。La9.33+x[T6.00-yy]O26.0+zで表される複合酸化物の具体例としては、La9.33+x(Si4.701.30)O26.0+z、La9.33+x(Si4.70Ge1.30)O26.0+z、La9.33+x(Si4.70Zn1.30)O26.0+z、La9.33+x(Si4.701.30)O26.0+z、La9.33+x(Si4.70Sn1.30)O26.0+x、La9.33+x(Ge4.701.30)O26.0+zなどを挙げることができる。前記の一般式(1)で表される複合酸化物は、例えば国際公開WO2016/111110に記載の方法に従い製造することができる。Among the composite oxides represented by the general formula (1), a composite oxide in which A is lanthanum, that is, a composite oxide represented by La 9.33+x [T 6.00-y My ]O 26.0+z Use is preferable from the viewpoint of further increasing the oxide ion conductivity. Specific examples of the composite oxide represented by La9.33 +x [ T6.00- yMy ]O26.0 +z include La9.33+x ( Si4.70B1.30 ) O26.0+z , La9.33+x ( Si4.70 Ge1.30 ) O26.0+z , La9.33+x ( Si4.70Zn1.30 ) O26.0+z , La9.33 +x ( Si4.70W1.30 ) O26.0 + z , La9.33+x ( Si4.70Sn1.30 )O26 . 0 +x , La9.33 +x ( Ge4.70B1.30 ) O26.0+z , and the like. The composite oxide represented by the general formula (1) can be produced, for example, according to the method described in International Publication WO2016/111110.

固体電解質層11の厚みは、固体電解質接合体10の電気抵抗を効果的に低下させる観点から、10nm以上1000μm以下であることが好ましく、50nm以上700μm以下であることが更に好ましく、100nm以上500μm以下であることが一層好ましい。この固体電解質層11の厚みは、例えば触針式段差計や電子顕微鏡を用いて測定することができる。 From the viewpoint of effectively reducing the electrical resistance of the solid electrolyte assembly 10, the thickness of the solid electrolyte layer 11 is preferably 10 nm or more and 1000 μm or less, more preferably 50 nm or more and 700 μm or less, and 100 nm or more and 500 μm or less. is more preferable. The thickness of the solid electrolyte layer 11 can be measured using, for example, a stylus profilometer or an electron microscope.

混合伝導電極層12は、酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する材料から構成されている。特に混合伝導電極層12は、触媒作用を有する材料から構成されていることが好ましい。ここでいう触媒作用とは、酸素分子(O)を酸化物イオン(O2-)に還元させる作用や、酸化物イオン(O2-)を酸素分子(O)に酸化させる作用のことである。そのような材料としては、例えばLaCoOやLaMnOなどの原子の一部を他原子で置換した、(La,Sr)MnO、(La,Sr)CoO、(La,Sr)(Co,Fe)Oなどが挙げられる。The mixed conducting electrode layer 12 is made of a material having oxide ion conductivity and electronic conductivity. In particular, the mixed conduction electrode layer 12 is preferably made of a material having catalytic activity. The term "catalytic action" as used herein refers to the action of reducing oxygen molecules (O 2 ) to oxide ions (O 2− ) or the action of oxidizing oxide ions (O 2− ) to oxygen molecules (O 2 ). is. Examples of such materials include (La,Sr)MnO 3 , (La,Sr)CoO 3 , (La,Sr) ( Co, Fe) O3 and the like.

固体電解質接合体10においては、混合伝導電極層12を構成する材料と、上述した固体電解質層11を構成する材料とが、いずれも、固体電解質層11と混合伝導電極層12との積層方向に沿って一軸配向していることで、両層11,12間の界面における電気抵抗を低減させている。この利点を一層顕著なものとする観点から、両層11,12間の界面において、配向方向に対して直交する面の格子整合を図ることが有利である。例えば、各層11,12を構成する材料のc軸が前記積層方向に沿って配向している場合には、c軸に対して直交する面の格子整合が図られていることが好ましい。この場合、混合伝導電極層12のa軸若しくはb軸の格子定数又は各面間隔のいずれかが固体電解質層11のそれと整合すればよい。更に、固体電解質層11と混合伝導電極層12との整合が図られていない場合であっても、固体電解質接合体10を加熱することで、固体電解質層11の配向方向に対して直交する格子定数又は面間隔に応じて、混合伝導電極層12の格子定数又は面間隔を整合させることができ、それによって一軸配向した結晶を成長させることができる。この観点から、固体電解質層11を構成する材料のc軸に垂直な面の格子定数をaとし、混合伝導電極層12の(010)における面間隔をdとしたとき、aは9.28Å以上9.84Å以下であることが好ましい。また、dは4.54Å以上5.04Å以下であることが好ましく、4.60Å以上4.97Å以下であることが更に好ましく、4.64Å以上4.92Å以下であることが一層好ましい。 In the solid electrolyte assembly 10, both the material forming the mixed conducting electrode layer 12 and the material forming the above-described solid electrolyte layer 11 are aligned in the stacking direction of the solid electrolyte layer 11 and the mixed conducting electrode layer 12. The uniaxial orientation along the two layers 11 and 12 reduces the electrical resistance at the interface. From the viewpoint of making this advantage more conspicuous, it is advantageous to achieve lattice matching of the plane perpendicular to the orientation direction at the interface between both layers 11 and 12 . For example, when the c-axes of the materials forming the layers 11 and 12 are oriented along the stacking direction, it is preferable that lattice matching be achieved on the plane orthogonal to the c-axes. In this case, either the a-axis or b-axis lattice constant or the interplanar spacing of the mixed conduction electrode layer 12 should match that of the solid electrolyte layer 11 . Furthermore, even if the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12 are not aligned, by heating the solid electrolyte assembly 10, a lattice orthogonal to the orientation direction of the solid electrolyte layer 11 can be obtained. Depending on the constant or spacing, the lattice constant or spacing of the mixed conducting electrode layer 12 can be matched, thereby allowing uniaxially oriented crystals to grow. From this point of view, when the lattice constant of the plane perpendicular to the c-axis of the material constituting the solid electrolyte layer 11 is a, and the interplanar spacing at (010) of the mixed conduction electrode layer 12 is d, a is 9.28 Å or more. It is preferably 9.84 Å or less. Further, d is preferably 4.54 Å or more and 5.04 Å or less, more preferably 4.60 Å or more and 4.97 Å or less, and even more preferably 4.64 Å or more and 4.92 Å or less.

固体電解質層11と混合伝導電極層12の格子定数及び面間隔dは、固体電解質層11に混合伝導電極層12を接合した後、搖動させながらX線回折測定を行うことで得られた回折ピークから算出した。そのときのX線回折測定条件は、Cu-Kα線を用い、回折角(2θ/θ)10°~140°、あおり角(χ搖動)は-5°~45°、面内回転(φ搖動)は0~360°とした。 The lattice constant and interplanar spacing d of the solid electrolyte layer 11 and the mixed conducting electrode layer 12 are the diffraction peaks obtained by performing X-ray diffraction measurement while shaking after bonding the mixed conducting electrode layer 12 to the solid electrolyte layer 11. calculated from The X-ray diffraction measurement conditions at that time were as follows: Cu-Kα ray, diffraction angle (2θ/θ) 10° to 140°, tilt angle (χ oscillation) −5° to 45°, in-plane rotation (φ oscillation ) was 0 to 360°.

更に、試料に含まれる元素の種類や組成比が判明している場合には、ICSD (無機結晶構造データベース)などの、標準物質の回折データに基づき、格子定数aや面間隔dを算出することもできる。例えば、固体電解質層11の結晶形が六方晶であり格子定数aが9.60Åの場合、固体電解質層11の(110)面の面間隔は4.80Åである。混合伝導電極層12の(010)の面間隔がd=4.70Åの場合、c軸に対して直交する面の格子不整合が2.2%と低いため、固体電解質層11上に混合伝導電極層12が局所的にエピタキシャル成長すると考えられる。 Furthermore, if the type and composition ratio of the elements contained in the sample are known, the lattice constant a and interplanar spacing d can be calculated based on the diffraction data of standard materials such as ICSD (Inorganic Crystal Structure Database). can also For example, when the crystal form of the solid electrolyte layer 11 is hexagonal and the lattice constant a is 9.60 Å, the interplanar spacing between the (110) planes of the solid electrolyte layer 11 is 4.80 Å. When the (010) interplanar spacing of the mixed conducting electrode layer 12 is d=4.70 Å, the lattice mismatch of the plane perpendicular to the c-axis is as low as 2.2%. It is considered that the electrode layer 12 is epitaxially grown locally.

固体電解質層11と混合伝導電極層12との界面において、配向方向に対して直交する面の格子整合を図る観点から、混合伝導電極層12を構成する材料はペロブスカイト型酸化物であることが好ましい。特に、固体電解質層11を構成する材料が上述した一般式(1)で表されるものである場合に、混合伝導電極層12を構成する材料がペロブスカイト型酸化物であると、格子整合を首尾よく図ることができる。この場合、ペロブスカイト型酸化物の空間群がR-3cであると、格子の整合を一層首尾よく図ることができるので好ましい。 At the interface between the solid electrolyte layer 11 and the mixed conducting electrode layer 12, the material forming the mixed conducting electrode layer 12 is preferably a perovskite oxide from the viewpoint of achieving lattice matching of the plane perpendicular to the orientation direction. . In particular, when the material forming the solid electrolyte layer 11 is represented by the general formula (1) described above, and the material forming the mixed conducting electrode layer 12 is a perovskite-type oxide, the lattice matching is successful. can plan well. In this case, it is preferable that the space group of the perovskite-type oxide is R-3c, since lattice matching can be achieved more successfully.

特に、混合伝導電極層12を構成する材料として、一般式(2):ABOで表されるものを用いることが、酸化物イオン伝導性の更に一層の向上の観点から好ましい。式中、Aは、例えばLa、Sr、Ba、Caから選択される1種又は2種以上の金属元素を用いることが好ましく、特に好ましい金属元素はLa及びSrのうちの少なくとも1種である。Bは、例えば、Co、Ni、Mn、Cr、Ti、Fe、Cuから選択される1種又は2種以上の金属元素を用いることが好ましく、特に好ましい金属元素はCo及びNiのうちの少なくとも1種である。とりわけ一般式(2)で表される材料は、La、Sr、Co及びNiを含む複合酸化物であることが好ましい。In particular, it is preferable to use the material represented by the general formula (2): ABO 3 as the material constituting the mixed conducting electrode layer 12 from the viewpoint of further improving the oxide ion conductivity. In the formula, A is preferably one or more metal elements selected from, for example, La, Sr, Ba, and Ca, and a particularly preferred metal element is at least one of La and Sr. For B, for example, one or more metal elements selected from Co, Ni, Mn, Cr, Ti, Fe, and Cu are preferably used, and particularly preferred metal elements are at least one of Co and Ni. Seeds. In particular, the material represented by general formula (2) is preferably a composite oxide containing La, Sr, Co and Ni.

一般式(2)で表される複合酸化物のうち、特に好ましいものは、La0.6Sr0.4Co0.9Ni0.13-δで表されるものである。Among the composite oxides represented by the general formula (2), those represented by La 0.6 Sr 0.4 Co 0.9 Ni 0.1 O 3-δ are particularly preferred.

一般式(2)で表される複合酸化物からなる混合伝導電極層12は、例えば種々の薄膜形成法を用いて固体電解質層11の一面に形成することができる。薄膜形成法としては、物理気相蒸着法や化学気相蒸着法などが挙げられ、これらのうち物理気相蒸着法を用いると混合伝導電極層12を一層首尾よく形成することができる。物理気相蒸着法のうち、特にPLD(Pulsed Laser Deposition)法を用いることが好ましい。 The mixed conduction electrode layer 12 made of the composite oxide represented by the general formula (2) can be formed on one surface of the solid electrolyte layer 11 using various thin film formation methods, for example. Thin film formation methods include physical vapor deposition and chemical vapor deposition, among which physical vapor deposition can more successfully form mixed conduction electrode layer 12 . Among the physical vapor deposition methods, it is particularly preferable to use the PLD (Pulsed Laser Deposition) method.

混合伝導電極層12は、所定の厚みを有すれば固体電解質層11との間での電気抵抗を効果的に低下させ得ることが本発明者の検討の結果判明した。詳細には、固体電解質層11に接合している混合伝導電極層12の積層方向に沿う厚みは80nm以上であることが好ましく、100nm以上であることが更に好ましく、100nm以上1000nm以下であることが一層好ましい。混合伝導電極層12の厚みは触針式段差計や電子顕微鏡によって測定することができる。 As a result of studies by the present inventors, it has been found that the mixed conduction electrode layer 12 can effectively reduce the electric resistance with the solid electrolyte layer 11 if it has a predetermined thickness. Specifically, the thickness along the lamination direction of the mixed conduction electrode layer 12 joined to the solid electrolyte layer 11 is preferably 80 nm or more, more preferably 100 nm or more, and preferably 100 nm or more and 1000 nm or less. More preferred. The thickness of the mixed conduction electrode layer 12 can be measured with a stylus profilometer or an electron microscope.

固体電解質層11を挟んで混合伝導電極層12と反対側に形成される金属電極13は、形成が容易であり、且つ触媒活性が高い等の利点があることから、白金族の元素を含んで構成されることが好ましい。白金族の元素としては、例えば白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム及びイリジウム等が挙げられる。これらの元素は一種を単独で、又は二種以上を組み合わせて用いることができる。また、金属電極13として、白金族の元素を含むサーメットを用いることもできる。 The metal electrode 13 formed on the opposite side of the mixed conduction electrode layer 12 with the solid electrolyte layer 11 interposed therebetween has advantages such as being easy to form and having high catalytic activity. preferably configured. Examples of platinum group elements include platinum, ruthenium, rhodium, palladium, osmium and iridium. These elements can be used singly or in combination of two or more. A cermet containing a platinum group element can also be used as the metal electrode 13 .

図1に示す実施形態の固体電解質接合体10及びデバイス20は、例えば以下に述べる方法で好適に製造することができる。まず、公知の方法で固体電解質層11を製造する。製造には、例えば先に述べた特開2013-51101号公報や国際公開WO2016/111110に記載の方法を採用することができる。 The solid electrolyte assembly 10 and device 20 of the embodiment shown in FIG. 1 can be suitably manufactured, for example, by the method described below. First, the solid electrolyte layer 11 is manufactured by a known method. For production, for example, the methods described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-51101 and International Publication WO2016/111110 can be adopted.

次いで固体電解質層11における2つの面のうちの一方に、混合伝導電極層12を形成する。混合伝導電極層12の形成には、例えば先に述べたPLD法を用いることができる。具体的には、固体電解質層11を構成する材料と、混合伝導電極層12を構成する材料とを、いずれも、該固体電解質層11と混合伝導電極層12との積層方向に沿って一軸配向させるために、先に述べたPLD法を用い、固体電解質層11の一面に混合伝導電極層12を形成するときに、該固体電解質層11を所定温度に加熱すればよい。加熱温度は、例えば600℃以上700℃以下に設定することが、一層首尾よく一軸配向させられる点から好ましい。
このようにして混合伝導電極層12を形成したら、固体電解質層11における混合伝導電極層12の形成面と反対側の面に金属電極13を形成する。金属電極13の形成には、例えば白金族の金属の粒子を含むペーストを用いる。該ペーストを固体電解質層11の表面に塗布して塗膜を形成し、該塗膜を焼成することで多孔質体からなる電極が形成される。焼成条件は、温度600℃以上、時間30分以上120分以下とすることができる。雰囲気は、大気等の酸素含有雰囲気とすることができる。
Next, a mixed conducting electrode layer 12 is formed on one of the two surfaces of the solid electrolyte layer 11 . For example, the PLD method described above can be used to form the mixed conduction electrode layer 12 . Specifically, the material constituting the solid electrolyte layer 11 and the material constituting the mixed conduction electrode layer 12 are both uniaxially oriented along the stacking direction of the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12. In order to achieve this, the solid electrolyte layer 11 may be heated to a predetermined temperature when the mixed conduction electrode layer 12 is formed on one surface of the solid electrolyte layer 11 using the PLD method described above. It is preferable to set the heating temperature to, for example, 600° C. or higher and 700° C. or lower from the viewpoint of more successful uniaxial orientation.
After forming the mixed conducting electrode layer 12 in this manner, the metal electrode 13 is formed on the surface of the solid electrolyte layer 11 opposite to the surface on which the mixed conducting electrode layer 12 is formed. For forming the metal electrode 13, for example, a paste containing particles of a platinum group metal is used. The paste is applied to the surface of the solid electrolyte layer 11 to form a coating film, and the coating film is fired to form a porous electrode. The firing conditions can be a temperature of 600° C. or more and a time of 30 minutes or more and 120 minutes or less. The atmosphere can be an oxygen-containing atmosphere such as air.

以上の方法で目的とする固体電解質接合体10及びデバイス20が得られる。このようにして得られたデバイス20は、その高い酸化物イオン伝導性を利用して例えば酸素透過素子、酸素センサ又は固体電解質型燃料電池などとして好適に用いられる。デバイス20をどのような用途に用いる場合にも、混合伝導電極層12をカソードとして、すなわち酸素ガスの還元反応が起こる極として用いることが有利である。例えばデバイス20を酸素透過素子として使用する場合には、金属電極13を直流電源のアノードに接続するとともに、混合伝導電極層12を直流電源のカソードに接続して、混合伝導電極層12と金属電極13との間に所定の直流電圧を印加する。それによって、混合伝導電極層12側において酸素が電子を受け取り酸化物イオンが生成する。生成した酸化物イオンは固体電解質層11中を移動して金属電極13に達する。金属電極13に達した酸化物イオンは電子を放出して酸素ガスとなる。このような反応によって、固体電解質層11は、混合伝導電極層12側の雰囲気中に含まれる酸素ガスを、固体電解質層11を通じて電極13側に透過させることが可能になっている。なお、必要に応じ、混合伝導電極層12の表面及び金属電極13の表面の少なくとも一方に、白金等の導電性材料からなる集電層を形成してもよい。 The intended solid electrolyte assembly 10 and device 20 are obtained by the above method. The device 20 thus obtained is suitably used as, for example, an oxygen-permeable device, an oxygen sensor, or a solid electrolyte fuel cell by utilizing its high oxide ion conductivity. In whatever application the device 20 is used, it is advantageous to use the mixed conducting electrode layer 12 as the cathode, ie, as the pole where the reduction reaction of oxygen gas takes place. For example, when the device 20 is used as an oxygen permeable element, the metal electrode 13 is connected to the anode of a direct current power source, and the mixed conducting electrode layer 12 is connected to the cathode of the direct current power source. 13 is applied with a predetermined DC voltage. As a result, oxygen receives electrons on the mixed conduction electrode layer 12 side to generate oxide ions. The generated oxide ions move through the solid electrolyte layer 11 and reach the metal electrode 13 . The oxide ions reaching the metal electrode 13 release electrons and become oxygen gas. Such a reaction enables the solid electrolyte layer 11 to allow oxygen gas contained in the atmosphere on the side of the mixed conduction electrode layer 12 to permeate through the solid electrolyte layer 11 to the side of the electrode 13 . Note that, if necessary, a collector layer made of a conductive material such as platinum may be formed on at least one of the surface of the mixed conduction electrode layer 12 and the surface of the metal electrode 13 .

印加する電圧は、酸素ガスの透過量を高める観点から、0.1V以上4.0V以下に設定することが好ましい。両極間に電圧を印加するときには、固体電解質層11の酸化物イオン伝導性が十分に高くなっていることが好ましい。例えば酸化物イオン伝導性が、伝導率で表して1.0×10-3S/cm以上になっていることが好ましい。このため、固体電解質層11を、又はデバイス20の全体を所定温度に保持することが好ましい。この保持温度は、固体電解質層11の材質にもよるが、一般に300℃以上600℃以下の範囲に設定することが好ましい。この条件下でデバイス20を使用することで、混合伝導電極層12側の雰囲気中に含まれる酸素ガスを、固体電解質層11を通じて金属電極13側に透過させることができる。The voltage to be applied is preferably set to 0.1 V or more and 4.0 V or less from the viewpoint of increasing the permeation amount of oxygen gas. When a voltage is applied between both electrodes, it is preferable that the oxide ion conductivity of the solid electrolyte layer 11 is sufficiently high. For example, the oxide ion conductivity is preferably 1.0×10 −3 S/cm or more in terms of conductivity. Therefore, it is preferable to keep the solid electrolyte layer 11 or the entire device 20 at a predetermined temperature. Although this holding temperature depends on the material of the solid electrolyte layer 11, it is generally preferable to set it in the range of 300° C. or higher and 600° C. or lower. By using the device 20 under this condition, the oxygen gas contained in the atmosphere on the side of the mixed conducting electrode layer 12 can permeate through the solid electrolyte layer 11 to the side of the metal electrode 13 .

デバイス20を限界電流式酸素センサとして使用する場合には、混合伝導電極層12側で生成した酸化物イオンが、固体電解質層11を経由して金属電極13側に移動することに起因して電流が生じる。電流値は混合伝導電極層12側の酸素ガス濃度に依存するので、電流値を測定することで、混合伝導電極層12側の酸素ガス濃度を測定することができる。 When the device 20 is used as a limiting current oxygen sensor, the oxide ions generated on the mixed conduction electrode layer 12 side move through the solid electrolyte layer 11 to the metal electrode 13 side, resulting in current occurs. Since the current value depends on the oxygen gas concentration on the mixed conduction electrode layer 12 side, the oxygen gas concentration on the mixed conduction electrode layer 12 side can be measured by measuring the current value.

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記実施形態においては、固体電解質層11の一面にのみ混合伝導電極層12を配したが、これに代えて、後述する実施例に記載されているとおり、固体電解質層11について混合伝導電極層12と対向する面に、別途の混合伝導電極層12を配してもよい。固体電解質層11について混合伝導電極層12と対向する面にこうした混合伝導電極層12を配する場合には、各混合伝導電極層12は同一のものであってもよく、あるいは異なるものであってもよい。この場合、固体電解質層11を構成する材料と、一方の混合伝導電極層12を構成する材料と、他方の混合伝導電極層12を構成する材料とが、いずれも、それらの積層方向に沿って一軸配向していることが好ましい。 Although the present invention has been described above based on its preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above-described embodiment, the mixed conduction electrode layer 12 is arranged only on one surface of the solid electrolyte layer 11, but instead of this, the mixed conduction electrode layer 12 is provided for the solid electrolyte layer 11 as described in the examples described later. A separate mixed conducting electrode layer 12 may be disposed on the surface facing 12 . When such a mixed conducting electrode layer 12 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 11 facing the mixed conducting electrode layer 12, each mixed conducting electrode layer 12 may be the same or different. good too. In this case, the material forming the solid electrolyte layer 11, the material forming one of the mixed conducting electrode layers 12, and the material forming the other mixed conducting electrode layer 12 are all arranged along the stacking direction. It is preferably uniaxially oriented.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「%」は「質量%」を意味する。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the scope of the invention is not limited to such examples. "%" means "% by mass" unless otherwise specified.

〔実施例1〕
本実施例では、以下の(1)-(4)の工程に従い図1に示す構造の固体電解質接合体10及びデバイス20を製造した。
(1)固体電解質層11の製造
La23の粉体とSiO2の粉体とをモル比で1:1となるように配合し、エタノールを加えてボールミルで混合した。この混合物を乾燥させ、乳鉢で粉砕し、白金るつぼを使用して大気雰囲気下に1650℃で3時間にわたり焼成した。この焼成物にエタノールを加え、ボールミルで粉砕して焼成粉を得た。この焼成粉を、20mmφの成形器に入れて一方向から加圧して一軸成形した。更に700MPaで1分間冷間等方圧加圧(CIP)を行ってペレットを成形した。このペレット状成形体を、大気中、1600℃で3時間にわたり加熱してペレット状焼結体を得た。この焼結体を粉末X線回折測定及び化学分析に付したところ、La2SiO5の構造であることが確認された。
[Example 1]
In this example, the solid electrolyte assembly 10 and the device 20 having the structure shown in FIG. 1 were manufactured according to the following steps (1) to (4).
(1) Production of Solid Electrolyte Layer 11 Powdered La 2 O 3 and powdered SiO 2 were blended at a molar ratio of 1:1, ethanol was added, and the mixture was mixed in a ball mill. The mixture was dried, ground in a mortar, and fired at 1650° C. for 3 hours in an air atmosphere using a platinum crucible. Ethanol was added to this baked product, and the mixture was pulverized with a ball mill to obtain a baked powder. This sintered powder was placed in a molding machine of 20 mm in diameter and pressed from one direction for uniaxial molding. Furthermore, cold isostatic pressing (CIP) was performed at 700 MPa for 1 minute to form pellets. This pellet-shaped molded body was heated at 1600° C. for 3 hours in the atmosphere to obtain a pellet-shaped sintered body. When this sintered body was subjected to powder X-ray diffraction measurement and chemical analysis, it was confirmed to have a structure of La 2 SiO 5 .

得られたペレット800mgと、B23粉末140mgとを、蓋付き匣鉢内に入れて、電気炉を用い、大気中にて1550℃(炉内雰囲気温度)で50時間にわたり加熱した。この加熱によって、匣鉢内にB23蒸気を発生させるとともにB23蒸気とペレットとを反応させた後、更に1600℃の大気中でアニールをすることで、目的とする固体電解質層11を得た。この固体電解質層11は、La9.33+x[Si6.00-yy]O26.0+zにおいて、x=0.57、y=0.96、z=0.37であり、LaとBのモル比は10.03であった(以下、この化合物を「LSBO」と略称する。)。500℃における酸化物イオン伝導率は4.22×10-2S/cmであった。固体電解質層11の厚みは350μmであった。偏光顕微鏡観察から、この固体電解質層11は多結晶体から構成されていることが確認された。800 mg of the obtained pellets and 140 mg of B 2 O 3 powder were placed in a sagger with a lid and heated in the air at 1550° C. (atmospheric temperature in the furnace) for 50 hours using an electric furnace. By this heating, B 2 O 3 vapor is generated in the sagger, and after the B 2 O 3 vapor and the pellet are reacted, annealing is further performed in the air at 1600° C. to form the desired solid electrolyte layer. 11 was obtained. In La9.33+x [Si6.00 -yBy ] O26.0 +z , this solid electrolyte layer 11 has x=0.57, y=0.96, and z=0.37, and the molar ratio of La to B is was 10.03 (hereinafter, this compound is abbreviated as "LSBO"). The oxide ion conductivity at 500° C. was 4.22×10 −2 S/cm. The thickness of the solid electrolyte layer 11 was 350 μm. Observation with a polarizing microscope confirmed that the solid electrolyte layer 11 was composed of a polycrystal.

(2)混合伝導電極層12の製造
(1)で製造した固体電解質層11の一面に混合伝導電極層12を以下の手順で形成した。
固体電解質層11とターゲットとなるLa0.6Sr0.4Co0.9Ni0.13-δ(以下、この物質を「LSCNO」と略称する。)をPLD装置のチャンバー内へセットし、チャンバー内を真空引きしながら、600℃であらかじめ加熱を行った。その後、チャンバー内に酸素を導入し、5.5×10-4 torrとなるように雰囲気を制御した後、KrFエキシマレーザを用い、レーザアブションによって発生した蒸発粒子を固体電解質層11に堆積させることにより混合伝導電極層12を成膜した。このようにして得られた混合伝導電極層12は、固体電解質層11との界面のTEM断面観察により、多結晶体から構成されていることが確認された。また、固体電解質層11の(110)面と混合伝導電極層12の(010)面の間隔が一致しており、固体電解質層11を構成する材料のc軸と、混合伝導電極層12を構成する材料のc軸とが、いずれも積層方向に沿って配向していることが確認された。また、搖動しながらX線回折測定を行った結果、混合伝導電極層12は、空間群がR-3cであるペロブスカイト型酸化物であることが確認された。更に、回折パターンから得た格子定数を基に算出した、固体電解質層11の(110)面の面間隔は、4.80Åであり、混合伝導電極層12の(010)面の面間隔は、4.68Åであった。格子不整合は2.45%であった。
(2) Production of mixed conduction electrode layer 12 Mixed conduction electrode layer 12 was formed on one surface of solid electrolyte layer 11 produced in (1) by the following procedure.
The solid electrolyte layer 11 and target La 0.6 Sr 0.4 Co 0.9 Ni 0.1 O 3-δ (hereinafter this substance is abbreviated as “LSCNO”) are set in the chamber of the PLD device. Then, while evacuating the inside of the chamber, heating was performed in advance at 600°C. After that, oxygen is introduced into the chamber, the atmosphere is controlled to 5.5×10 −4 torr, and then a KrF excimer laser is used to deposit evaporated particles generated by laser ablation on the solid electrolyte layer 11 . Thus, a mixed conduction electrode layer 12 was formed. TEM cross-sectional observation of the interface with the solid electrolyte layer 11 confirmed that the mixed conducting electrode layer 12 obtained in this way was composed of a polycrystalline material. In addition, the spacing between the (110) plane of the solid electrolyte layer 11 and the (010) plane of the mixed conduction electrode layer 12 is matched, and the c-axis of the material forming the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12 are formed. It was confirmed that both the c-axes of the materials to be laminated are oriented along the stacking direction. As a result of X-ray diffraction measurement while rocking, it was confirmed that the mixed conducting electrode layer 12 was a perovskite-type oxide with a space group of R-3c. Furthermore, the interplanar spacing of the (110) plane of the solid electrolyte layer 11 calculated based on the lattice constant obtained from the diffraction pattern is 4.80 Å, and the interplanar spacing of the (010) plane of the mixed conduction electrode layer 12 is It was 4.68 Å. The lattice mismatch was 2.45%.

(3)金属電極13の製造
(1)で製造した固体電解質層11のうち、混合伝導電極層12を形成した面と反対側の面に金属電極13を形成した。金属電極13の形成には、白金のターゲットを用いたスパッタリング法を用いた。スパッタリングによって固体電解質層11の混合伝導電極層12を形成した面と反対側の面に形成された白金の膜を600℃で1時間アニールすることによって金属電極13を得た。金属電極13の厚みは100nmであった。
(3) Manufacture of Metal Electrode 13 A metal electrode 13 was formed on the surface of the solid electrolyte layer 11 manufactured in (1) opposite to the surface on which the mixed conduction electrode layer 12 was formed. A sputtering method using a platinum target was used to form the metal electrode 13 . A metal electrode 13 was obtained by annealing a platinum film formed on the surface of the solid electrolyte layer 11 opposite to the surface on which the mixed conduction electrode layer 12 was formed by sputtering at 600° C. for 1 hour. The thickness of the metal electrode 13 was 100 nm.

(4)集電層の製造
混合伝導電極層12及び金属電極13の表面に、白金ペーストを塗布して塗膜を形成した。これらの塗膜を大気中で、600℃で1時間焼成して、集電層を得た。
(4) Production of Collecting Layer A platinum paste was applied to the surfaces of the mixed conduction electrode layer 12 and the metal electrode 13 to form a coating film. These coating films were baked in the atmosphere at 600° C. for 1 hour to obtain current collecting layers.

〔実施例2〕
実施例1の(3)の工程に代えて、同実施例の(2)の工程を行い、固体電解質層11の各面に混合伝導電極層12が配されたデバイス20を得た。
[Example 2]
The step (2) of Example 1 was performed instead of the step (3) of Example 1 to obtain a device 20 in which the mixed conduction electrode layer 12 was arranged on each surface of the solid electrolyte layer 11 .

〔比較例1〕
実施例1の(2)の工程において、混合伝導電極層12を室温で成膜した。これ以外は実施例1と同様にして、固体電解質接合体10及びデバイス20を得た。この固体電解質接合体10においては、混合伝導電極層12が一軸配向していないことが、X線回折測定によって確認された。
[Comparative Example 1]
In step (2) of Example 1, the mixed conduction electrode layer 12 was deposited at room temperature. A solid electrolyte assembly 10 and a device 20 were obtained in the same manner as in Example 1 except for this. In this solid electrolyte assembly 10, it was confirmed by X-ray diffraction measurement that the mixed conducting electrode layer 12 was not uniaxially oriented.

〔比較例2〕
本比較例においては、実施例1の(1)の工程で得られた固体電解質層11の各面に、LSCNOを含むペーストを塗布して塗膜を形成し、この塗膜を700℃で1時間焼成することで、厚みがいずれも300nm以上である混合伝導電極層12を形成した。
[Comparative Example 2]
In this comparative example, a paste containing LSCNO was applied to each surface of the solid electrolyte layer 11 obtained in the step (1) of Example 1 to form a coating film. By firing for a period of time, mixed conduction electrode layers 12 each having a thickness of 300 nm or more were formed.

〔比較例3〕
本比較例においては、実施例1の(1)の工程を行う固体電解質層11を形成した。次いで、同実施例の(3)の工程を行い、この固体電解質層11において実施例1の混合伝導電極層12の代わりに白金からなる金属電極13を形成した。またその反対側の面にも、白金からなる金属電極13を形成した。金属電極13の厚みは100nm以上であった。
[Comparative Example 3]
In this comparative example, the solid electrolyte layer 11 was formed by performing the step (1) of the first embodiment. Then, the step (3) of the same example was performed, and a metal electrode 13 made of platinum was formed on the solid electrolyte layer 11 instead of the mixed conduction electrode layer 12 of the first example. A metal electrode 13 made of platinum was also formed on the opposite surface. The thickness of the metal electrode 13 was 100 nm or more.

〔評価〕
実施例及び比較例で得られたデバイスについて、酸素透過速度を以下の方法で測定した。また固体電解質層11及び混合伝導電極層12の結晶の配向の有無をX線回折測定によって確認した。それらの結果を以下の表1に示す。
〔evaluation〕
The oxygen permeation rates of the devices obtained in Examples and Comparative Examples were measured by the following method. Also, the presence or absence of crystal orientation in the solid electrolyte layer 11 and the mixed conduction electrode layer 12 was confirmed by X-ray diffraction measurement. The results are shown in Table 1 below.

〔酸素透過速度の測定〕
測定は600℃で行った。デバイスの混合伝導電極層12側に空気を、金属電極13側にNガスをそれぞれ200ml/minで供給し、混合伝導電極層12と金属電極13との間に1.0Vの直流電圧を印加した。金属電極13側に酸素濃度計を取り付け、電圧印加前後での金属電極13側の雰囲気中の酸素濃度の変化を測定し、酸素透過速度(ml・cm-2・min-1)を算出した。また式〔酸素濃度計で計測した酸素透過量〕/〔電流密度から計測した酸素透過量〕×100により、酸素透過効率を算出した。
[Measurement of oxygen transmission rate]
Measurements were made at 600°C. Air is supplied to the mixed conduction electrode layer 12 side of the device, and N 2 gas is supplied to the metal electrode 13 side at 200 ml/min, respectively, and a DC voltage of 1.0 V is applied between the mixed conduction electrode layer 12 and the metal electrode 13. bottom. An oxygen concentration meter was attached to the metal electrode 13 side, and the change in oxygen concentration in the atmosphere on the metal electrode 13 side before and after voltage application was measured to calculate the oxygen permeation rate (ml·cm −2 ·min −1 ). Further, the oxygen transmission efficiency was calculated by the formula [oxygen permeation amount measured with an oxygen concentration meter]/[oxygen permeation amount measured from the current density]×100.

Figure 0007300440000001
Figure 0007300440000001

表1に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られた固体電解質接合体及びそれを備えたデバイスは、酸素透過速度が大きく、しかも酸素透過効率も高いものであることが判る。 As is clear from the results shown in Table 1, the solid electrolyte assembly and the device comprising the same obtained in each example have a high oxygen permeation rate and a high oxygen permeation efficiency.

本発明によれば、酸素の透過速度が大きい固体電解質接合体が提供される。この固体電解質接合体を用いることで、デバイスの低温作動化や酸素供給量の増加を図ることができる。 According to the present invention, a solid electrolyte assembly having a high oxygen permeation rate is provided. By using this solid electrolyte assembly, low-temperature operation of the device and an increase in oxygen supply can be achieved.

Claims (10)

酸化物イオン伝導性を有する多結晶の固体電解質と、該固体電解質に接して積層され且つ酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合伝導電極層とが接合されてなり、
前記固体電解質を構成する材料のc軸と、前記混合伝導電極層を構成する材料のc軸とが、いずれも、該固体電解質と該混合伝導電極層との積層方向に沿って配向しており、
前記固体電解質がアパタイト型複合酸化物である、固体電解質接合体。
A polycrystalline solid electrolyte having oxide ion conductivity and a mixed conducting electrode layer laminated in contact with the solid electrolyte and having oxide ion conductivity and electronic conductivity are joined,
Both the c-axis of the material forming the solid electrolyte and the c-axis of the material forming the mixed conducting electrode layer are oriented along the stacking direction of the solid electrolyte and the mixed conducting electrode layer. cage,
A solid electrolyte assembly, wherein the solid electrolyte is an apatite-type composite oxide .
前記混合伝導電極層が多結晶である請求項1に記載の固体電解質接合体。 2. The solid electrolyte assembly according to claim 1, wherein said mixed conducting electrode layer is polycrystalline. 前記固体電解質が、一般式:A9.33+x[T6.00-y]O26.0+z(式中のAは、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Be、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群から選ばれた一種又は二種以上の元素である。式中のTは、Si若しくはGe又はその両方を含む元素である。式中のMは、B、Ge、Zn、Sn、W及びMoからなる群から選ばれた一種又は二種以上の元素である。)で表され、式中のxは-1.00以上1.00以下の数であり、式中のyは0.40以上3.00以下の数であり、式中のzは-3.00以上2.00以下の数であり、Mのモル数に対するAのモル数の比率が3.00以上26.0以下である複合酸化物を含む請求項1又は2に記載の固体電解質接合体。 The solid electrolyte has the general formula: A 9.33+x [T 6.00−y M y ]O 26.0+z (wherein A is La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy , Be, Mg, Ca, Sr and Ba, wherein T is an element containing Si or Ge or both, and M in the formula is , B, Ge, Zn, Sn, W and Mo are one or two or more elements selected from the group consisting of), where x is a number of -1.00 or more and 1.00 or less , where y is a number of 0.40 or more and 3.00 or less, z in the formula is a number of -3.00 or more and 2.00 or less, and the number of moles of A to the number of moles of M 3. The solid electrolyte assembly according to claim 1, comprising a composite oxide having a ratio of 3.00 or more and 26.0 or less. 酸化物イオン伝導性を有する多結晶の固体電解質と、該固体電解質に接して積層され且つ酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合伝導電極層とが接合されてなり、
前記固体電解質を構成する材料と、前記混合伝導電極層を構成する材料とが、いずれも、該固体電解質と該混合伝導電極層との積層方向に沿って一軸配向しており、
前記混合伝導電極層の(010)の面間隔が4.54Å以上5.04Å以下である、固体電解質接合体。
A polycrystalline solid electrolyte having oxide ion conductivity and a mixed conducting electrode layer laminated in contact with the solid electrolyte and having oxide ion conductivity and electronic conductivity are joined,
Both the material forming the solid electrolyte and the material forming the mixed conducting electrode layer are uniaxially oriented along the stacking direction of the solid electrolyte and the mixed conducting electrode layer,
A solid electrolyte assembly, wherein the (010) interplanar spacing of the mixed conduction electrode layer is 4.54 Å or more and 5.04 Å or less.
酸化物イオン伝導性を有する多結晶の固体電解質と、該固体電解質に接して積層され且つ酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合伝導電極層とが接合されてなり、
前記固体電解質を構成する材料と、前記混合伝導電極層を構成する材料とが、いずれも、該固体電解質と該混合伝導電極層との積層方向に沿って一軸配向しており、
前記混合伝導電極層がペロブスカイト型酸化物であり、
前記ペロブスカイト型酸化物の空間群がR-3cである、固体電解質接合体。
A polycrystalline solid electrolyte having oxide ion conductivity and a mixed conducting electrode layer laminated in contact with the solid electrolyte and having oxide ion conductivity and electronic conductivity are joined,
Both the material constituting the solid electrolyte and the material constituting the mixed conducting electrode layer are uniaxially oriented along the stacking direction of the solid electrolyte and the mixed conducting electrode layer,
the mixed conduction electrode layer is a perovskite oxide;
A solid electrolyte assembly, wherein the space group of the perovskite oxide is R-3c.
酸化物イオン伝導性を有する多結晶の固体電解質と、該固体電解質に接して積層され且つ酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合伝導電極層とが接合されてなり、
前記固体電解質を構成する材料と、前記混合伝導電極層を構成する材料とが、いずれも、該固体電解質と該混合伝導電極層との積層方向に沿って一軸配向しており、
前記混合伝導電極層は、La、Sr、Co及びNiを含む複合酸化物である、固体電解質接合体。
A polycrystalline solid electrolyte having oxide ion conductivity and a mixed conducting electrode layer laminated in contact with the solid electrolyte and having oxide ion conductivity and electronic conductivity are joined,
Both the material forming the solid electrolyte and the material forming the mixed conducting electrode layer are uniaxially oriented along the stacking direction of the solid electrolyte and the mixed conducting electrode layer,
A solid electrolyte assembly, wherein the mixed conducting electrode layer is a composite oxide containing La, Sr, Co and Ni.
前記固体電解質に接合している前記混合伝導電極層の前記積層方向に沿う厚みが100nm以上である請求項1ないしのいずれか一項に記載の固体電解質接合体。 7. The solid electrolyte assembly according to any one of claims 1 to 6 , wherein the thickness of said mixed conducting electrode layer joined to said solid electrolyte along said stacking direction is 100 nm or more. 前記固体電解質接合体において、前記混合伝導電極層が配置されている面と反対側の面に金属電極が配置されている請求項1ないしのいずれか一項に記載の固体電解質接合体。 The solid electrolyte assembly according to any one of claims 1 to 7 , wherein a metal electrode is arranged on a surface of the solid electrolyte assembly opposite to the surface on which the mixed conduction electrode layer is arranged. 酸化物イオン伝導性を有する多結晶の固体電解質と、該固体電解質に接して積層され且つ酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合伝導電極層とが接合されてなり、
前記固体電解質を構成する材料と、前記混合伝導電極層を構成する材料とが、いずれも、該固体電解質と該混合伝導電極層との積層方向に沿って一軸配向しており、
前記固体電解質接合体において前記混合伝導電極層が配置されている面と反対側の面に、前記混合伝導電極層と同一の又は異なる混合伝導電極層が配置されている、固体電解質接合体。
A polycrystalline solid electrolyte having oxide ion conductivity and a mixed conducting electrode layer laminated in contact with the solid electrolyte and having oxide ion conductivity and electronic conductivity are joined,
Both the material forming the solid electrolyte and the material forming the mixed conducting electrode layer are uniaxially oriented along the stacking direction of the solid electrolyte and the mixed conducting electrode layer,
A solid electrolyte assembly, wherein a mixed conduction electrode layer that is the same as or different from the mixed conduction electrode layer is arranged on the surface opposite to the surface on which the mixed conduction electrode layer is arranged in the solid electrolyte assembly.
酸素透過素子、酸素センサ又は固体電解質型燃料電池として用いられる請求項1ないしのいずれか一項に記載の固体電解質接合体。 10. The solid electrolyte assembly according to any one of claims 1 to 9 , which is used as an oxygen permeation device, an oxygen sensor, or a solid electrolyte fuel cell.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016111110A1 (en) 2015-01-07 2016-07-14 三井金属鉱業株式会社 Oriented apatite-type oxide ion conductor and method for manufacturing same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5127437B2 (en) * 2007-12-28 2013-01-23 本田技研工業株式会社 Electrolyte / electrode assembly and method for producing the same
GB201410092D0 (en) * 2014-06-06 2014-07-23 Cambridge Entpr Ltd Electrolyte membrane

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016111110A1 (en) 2015-01-07 2016-07-14 三井金属鉱業株式会社 Oriented apatite-type oxide ion conductor and method for manufacturing same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CRUMLIN, Ethan J. et al.,"Oxygen Electrocatalysis on Epitaxial La0.6Sr0.4CoO3-δ Perovskite Thin Films for Solid Oxide Fuel Cells",Journal of The Electrochemical Society,2012年,Vol.159, No.7,pp.F219-F225
DEVELOS-BAGARINAO, Katherine et al.,"Effect of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ microstructure on oxygen surface exchange kinetics",Solid State Ionics,2016年,Vol.288,pp.6-9

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