超高温用固体電解質の創製とその相安定性

超高温固体电解质的制备及其相稳定性

• 批准号: 08229216
• 负责人: 吉村 昌弘
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08229216/
• 关键词: ジルコニア; イットリア; ニオブ酸化物; 蛍石型固溶体; 相平衡; イオン伝導; 格子定数; ラマン分光

ジルコニア・ハフニア・希土類酸化物・あるいはニオブやタンタルの酸化物は、それらの二元系あるいは三元系において蛍石型あるいはその関連構造を持つ固溶体を生成する。これらの固溶体は新しい高温用固体電解質として極めて有用であるが、それらの生成域、安定性、構造変化などが明らかになっていない。本研究ではこれらの系において、まず組成が均一な試料の合成、X線や中性子線回折による構造解析、マラン散乱による酸素の配列の解明、インピーダンス測定によるイオン伝導度の測定を行った。それらの成果は以下の通りである。1)YwO_3-Nb_2O_5系における蛍石型固溶体相の生成と特性X線回折により格子定数を調べた結果、蛍石型相の固溶域は1700℃で20-27.5mol% Nb_2O_5であり、それ以下では約2.5mol%までC型Y_2O_3相との共存、それ以上では約50mol%までYNbO_4相との共存となった。これらの相関係はラマン分光分析によっても確認された。イオン伝導度はこれらの相関係に依存し、蛍石型相の割合が増えるに従って増大した。特に20mol%Nb_2O_5組成で最大となった。2)ZrO_2-Y_2O_3系における正方相、立法相の生成域X線回折により見積もられた軸率C/aはYO_<1.5>の濃度増加と共に減少し、14mol%で不連続的に=1になる。そのため多くの既往の研究でここから立方相であると考えられていた。しかしながら中性子線回折あるいはラマン分光によるとさらに高濃度の18-10mol%までは酸素の位置だけが変位し、軸率が=1である正方相(t″)であることが明らかとなった。Yに限らず他の希土類Nd,Sm,ErあるいはYbでも同様に正方相と立方相の境界は18-20mol%にあることが示された。

氧化锆、氧化铪、稀土氧化物或铌和钽的氧化物在其二元或三元体系中与萤石型或相关结构形成固溶体。这些固溶体作为新型高温固体电解质非常有用，但它们的形成范围、稳定性、结构变化等尚不清楚。在这项研究中，我们首先合成了成分均匀的样品，使用 X 射线和中子束衍射分析了结构，使用马兰散射阐明了氧的排列，并使用阻抗测量测量了离子电导率。结果如下。 1) YwO_3-Nb_2O_5体系中萤石型固溶体相的形成和特征X射线衍射研究的晶格常数表明,1700℃时萤石型固溶体范围为20-27.5 mol% 。 Nb_2O_5，低于其与C型Y_2O_3相共存高达约2.5 mol%，而高于其与YNbO_4相共存高达约50 mol%。这些相位关系也通过拉曼光谱得到证实。离子电导率取决于这些相关系，并且随着萤石型相比例的增加而增加。特别是在Nb_2O_5的组成为20mol%时达到最大值。 2)ZrO_2-Y_2O_3体系中四方相和立方相的形成区X射线衍射估计的轴比C/a随着YO_<1.5>浓度的增加而减小，并且在14mol%时不连续地达到=1。是。因此，在之前的许多研究中，都认为这是立方相。然而，中子束衍射或拉曼光谱表明，直到18-10 mol%的较高浓度时，只有氧位置发生了位移，表明轴比为1的四方相（t''）。不仅在Nd、Sm、Er、Yb等其他稀土中，四方相和立方相之间的边界也在18-20mol%。

项目成果

Masatomo Yashima: "Determination of Tetragonal-cubic Phes Boundary of Zr1-xRxO2-x/2(R=Nd,Sm,Y,Er and Yb) Raman Scattering" J.Phys.Chem.Solids. 57. 17-24 (1996)

Masatomo Yashima：“Zr1-xRxO2-x/2(R=Nd、Sm、Y、Er 和 Yb) 拉曼散射的四方立方 Phes 边界的测定”J.Phys.Chem.Solids。

Masatomo Yashima: "Formation of Metastable Tetragonal(t′,t″),γ1-and γ2-Forms by Quenching of the HfO2-RO1.5 Melts(R=Gd,Y and Yb)" J.Phys.Chem.Solids. 57. 289-295 (1996)

Masatomo Yashima：“通过淬火 HfO2-RO1.5 熔体（R=Gd、Y 和 Yb）形成亚稳态四方晶系 (t′,t″)、γ1-和 γ2-形式”J.Phys.Chem.Solids。 57. 289-295 (1996)

Masatomo Yashima: "Metastable-stable Phse Diagrams in the Zirconia-containing Systems Utilized in Solid-oxide Fuel Cell Application" Solid State Ionics. 86-88. 1131-1149 (1996)

Masatomo Yashima：“固体氧化物燃料电池应用中使用的含氧化锆系统中的亚稳态相图”固态离子学。

Masatomo Yashima: "Thermodynamic Assessment of the Zirconia-Urania System" J.Am.Ceram.Soc.79. 521-524 (1996)

Masatomo Yashima：“氧化锆-铀系统的热力学评估”J.Am.Ceram.Soc.79。

Masatomo Yashima: "Synthesis of Metastable Tetragonal(t′) Zirconia-Calcia Solutions by Pyrolysis of Organic Precursors and Coprecipitation Route" J.Mater.Res.11. 1410-1420 (1996)

Masatomo Yashima：“通过有机前体热解和共沉淀路线合成亚稳态四方（t′）氧化锆-钙溶液”J.Mater.Res.11（1996）。