Ga系ペロブスカイト型酸化物を用いた高酸素イオン伝導体の開発

使用Ga基钙钛矿氧化物开发高氧离子导体

基本信息

批准号：
06750853
负责人：
石原達己
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Oita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

従来、酸素イオン伝導体としては主に4価の金属酸化物が検討されてきたが、本研究ではAlまたはGaをBサイトに用いたペロブスカイトが高い酸素イオン伝導性を有する点に着目し、主にBサイトにGaを用いたペロブスカイト酸化物について酸素イオン伝導性を検討し、極めて高い酸素イオン伝導性を有する酸化物を開発することを目的とする。従来の研究において、LaGaO_3系ペロブスカイトが極めて高い酸素イオン伝導性を有することを見い出したので、本研究ではLa_<0.8>Sr_<0.2>Ga_<0.8>Mg_<0.2>O_3を中心に、A又はBサイトの複合化及び、A又はBサイトの欠損を行い、その影響を検討した。まずLaサイトへ9:1の組成で種々の希土類元素を添加したところ、添加する希土類元素により、イオン伝導度及びイオン輸率が変化し、Ndを添加した系では電気伝導度はほとんど低下することなく、イオン輸率が大きく向上することがわかった。一方、BサイトへAl又はInを添加し、その複合化を行ったところ、Bサイトへ、Al又はInを添加するとイオン伝導度は低下するので、Bサイトの複合化は望ましくないことがわかった。次にA又はBサイトカチオンの欠損効果を検討したところ、Aサイトカチオンを欠損すると電気伝導、イオン輸率ともに低下するが、Bサイトカチオンを欠損すると電気伝導はわずかに向上し、イオン輸率も向上することがわかった。この結果、La_<0.8>Sr_<0.2>(Ga_<0.8>Mg_<0.2>)_<0.95>O_<3.8>の組成の試料は、ほぼ1のイオン輸率を示すとともに950℃でlogσ=-0.4程度という従来の材料に比べても十分高い酸素イオン伝導性を有する材料であることがわかった。本研究ではさらに高い酸素イオン伝導性を有する材料の開発を目的に、Ba_3Ga_2O_6系の材料の電気伝導についても検討を行った。Ba_3Ga_2O_6は結晶構造が十分明らかにされていないが、立方晶系に属し、高い酸素イオン伝導性が期待された。電気伝導及び、ガス濃淡電池による測定からBa_3Ga_2O_6はほぼ完全な酸素イオン伝導体であることが確認されたが、電気伝導度は950℃でlogσ=-3.0程度と低く、今後添加物等を用いることで、さらに高い酸素イオン伝導性を有する材料が見い出される可能性が示唆された。

传统上，四价金属氧化物主要作为氧离子导体进行研究，但在本研究中，我们重点关注在B位使用Al或Ga的钙钛矿具有高氧离子传导性这一事实。本研究的目的是研究氧离子传导性。利用B位的Ga来研究钙钛矿氧化物的离子电导率，并开发具有极高氧离子电导率的氧化物。在之前的研究中，我们发现LaGaO_3基钙钛矿具有极高的氧离子电导率，因此在本研究中，我们重点关注La_<0.8>Sr_<0.2>Ga_<0.8>Mg_<0.2>O_3和我们将位点合并并删除A 或 B 站点并检查效果。首先，当以9:1的组成向La位添加各种稀土元素时，离子电导率和离子迁移数根据添加的稀土元素而变化，并且在添加Nd的体系中，电导率几乎发现离子转移数大大提高。另一方面，当将Al或In添加到B位并复合时，发现将Al或In添加到B位会降低离子电导率，因此B位的复合不是期望的。接下来，我们检查了删除 A 或 B 位阳离子的效果，发现删除 A 位阳离子会降低电导率和离子迁移数，但删除 B 位阳离子会略微提高电导率，同时也会降低离子迁移数。它有所改善。结果表明，组成为La_<0.8>Sr_<0.2>(Ga_<0.8>Mg_<0.2>)_<0.95>O_<3.8>的样品在950℃时的离子迁移数约为1，logσ=-。发现该材料具有足够高的氧离子电导率，与传统材料相比约为0.4。在本研究中，我们还研究了Ba_3Ga_2O_6基材料的电导率，旨在开发具有更高氧离子电导率的材料。尽管Ba_3Ga_2O_6的晶体结构尚未完全阐明，但它属于立方晶系，有望具有较高的氧离子电导率。虽然通过电导率和使用气体浓差电池的测量证实Ba_3Ga_2O_6是几乎完美的氧离子导体，但在950℃时电导率低至logσ=-3.0，这表明将来应该使用添加剂。寻找具有更高氧离子电导率的材料的可能性。