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JP2984750B2 - Calcium Dopran Tank Chromite Powder, Sintered Body Thereof, Solid Electrolyte Fuel Cell Using It, and Method for Synthesizing Calcium Dopran Tank Chromite Powder - Google Patents

Calcium Dopran Tank Chromite Powder, Sintered Body Thereof, Solid Electrolyte Fuel Cell Using It, and Method for Synthesizing Calcium Dopran Tank Chromite Powder

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JP2984750B2
JP2984750B2 JP2235726A JP23572690A JP2984750B2 JP 2984750 B2 JP2984750 B2 JP 2984750B2 JP 2235726 A JP2235726 A JP 2235726A JP 23572690 A JP23572690 A JP 23572690A JP 2984750 B2 JP2984750 B2 JP 2984750B2
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JP
Japan
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calcium
temperature
chromite powder
powder
dopran
Prior art date
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Inventor
昌史 森
正之 土器屋
晴美 横川
達也 川田
夏子 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denryoku Chuo Kenkyusho
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Denryoku Chuo Kenkyusho
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Denryoku Chuo Kenkyusho filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、カルシウムドープランタンクロマイト粉体
及びその焼結体とそれを利用した固体電解質型燃料電池
並びにカルシウムドープランタンクロマイト粉体の合成
方法に関する。更に詳述すると、本発明は低温度で且つ
短時間に焼結が可能な焼結体用カルシウムドープランタ
ンクロマイト粉体及びその合成方法並びに焼結体とそれ
を利用した固体電解質型燃料電池に関するものである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a calcium doptolan chromite powder, a sintered body thereof, a solid oxide fuel cell using the same, and a method for synthesizing a calcium dope lanthanum chromite powder. . More specifically, the present invention relates to a calcium dopran tank chromite powder for a sintered body that can be sintered at a low temperature for a short time, a method for synthesizing the same, a sintered body, and a solid oxide fuel cell using the same. It is.

(従来技術) カルシウムドープランタンクロマイト(以下ランタン
クロマイトと略称する)系酸化物は、酸化還元雰囲気に
おいて化学的に安定であるばかりでなく電子伝導性が高
いことから、高温で作動する装置例えば第3図(A)及
び第3図(B)に示すような高温で作動する固体電解質
型燃料電池のセパレータとして好適である。このセパレ
ータ4は、固体電解質9を挾むようにして燃料極11と空
気極10を組み合わせた単電池1を両面にスペーサ2,3を
介在させて複数個直列に積み重ねて接続するためのもの
である。尚、第3図(A)及び第3図(B)において符
号8,8はスペーサ2によって仕切られた空間6に燃料ガ
スを供給するパイプ、7,7はスペーサ3によって仕切ら
れた空間5に空気を供給するためのパイプである。
(Prior Art) Calcium dopantran chromite (hereinafter abbreviated as lanthanum chromite) -based oxide is not only chemically stable in an oxidation-reduction atmosphere but also has a high electron conductivity. It is suitable as a separator for a solid oxide fuel cell operating at a high temperature as shown in FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B). The separator 4 is for connecting a plurality of unit cells 1 in which a fuel electrode 11 and an air electrode 10 are combined so as to sandwich the solid electrolyte 9 by stacking a plurality of cells in series with spacers 2 and 3 interposed therebetween. In FIGS. 3A and 3B, reference numerals 8 and 8 denote pipes for supplying a fuel gas to a space 6 partitioned by the spacer 2, and 7 and 7 denote pipes for supplying the fuel gas to the space 5 partitioned by the spacer 3. It is a pipe for supplying air.

ところで上記のようにセパレータ4として使用される
ランタンクロマイトの焼結体は、酸化還元雰囲気などに
おける化学的安定性や電子伝導性に優れることが要求さ
れるのみでなく、燃料ガスと空気のクロスリーク(セパ
レータ材料を通しての燃料ガスと空気の混合)を防ぐた
めの高い気密性をもつことが要求される。
Incidentally, as described above, the sintered body of lanthanum chromite used as the separator 4 is required not only to have excellent chemical stability and electron conductivity in an oxidation-reduction atmosphere and the like, but also to have a cross leak between fuel gas and air. It is required to have high airtightness to prevent (mixing of fuel gas and air through the separator material).

しかし、ランタンクロマイトをセパレータ部品にする
ための焼成に当って従来採られている方法、即ち空気中
において焼成する方法では、ランタンクロマイト粉体中
から蒸発した酸化クロムや蒸発し易い6価のクロムを含
む化合物が、蒸発・再凝縮する過程において焼結するた
め、粒子内拡散に起因するち密化が阻害されて気密な焼
結体を得ることができない。
However, in the conventional method for firing lanthanum chromite into a separator component, that is, in the method of firing in air, chromium oxide evaporated from lanthanum chromite powder and hexavalent chromium which is easily evaporated are removed. Since the containing compound sinters in the process of evaporating and re-condensing, it is impossible to obtain an air-tight sintered body because of densification caused by intraparticle diffusion.

そこでこの問題を解決するための手段として従来か
ら、還元性雰囲気中において高温焼結(例えば1700℃
前後)させる方法、ランタンクロマイトのペロブスカ
イト結晶構造中のBサイトにアルミニウム(Al)、銅
(Cr)、亜鉛(Zn)などを添加して焼結させる方法、
アルカリ土類金属をAサイトまたはBサイトに添加して
焼結させる方法、フッ化物等の焼結助剤を添加して焼
結させるなどの各種の手段が検討されてきた。
Therefore, as a means for solving this problem, conventionally, high-temperature sintering (for example, 1700 ° C) in a reducing atmosphere
Before and after), a method in which aluminum (Al), copper (Cr), zinc (Zn), etc. are added to the B site in the perovskite crystal structure of lanthanum chromite and sintered.
Various means such as a method of adding an alkaline earth metal to the A site or the B site and sintering, and a method of adding and sintering a sintering aid such as a fluoride have been studied.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、これら従来の方法でも、気密な結晶
体が得られなかったり、仮に気密な結晶体が得られた
としても、高い焼成温度と還元性雰囲気が必要であるた
め製造が容易でない等の問題が生じている。
(Problems to be Solved by the Invention) However, even with these conventional methods, a high firing temperature and a reducing atmosphere are required even if an airtight crystal cannot be obtained or an airtight crystal is obtained. For this reason, there are problems such as difficulty in manufacturing.

したがって、ランタンクロマイトを固体電解質型燃料
電池のセパレータとして用いた場合には、燃料極と空
気極に送られた燃料ガスと酸化剤ガスがセパレータを通
してクロスリークし電池出力の低下を招く、触媒特性
が低下して電池の内部抵抗の増大を招く、焼結助剤の
蒸発により他の電池構成材料の特性の低下を招く、セ
パレータの焼結温度が高いため、全ての電池構成材料を
組合せてから同時に焼成する方法、即ち共焼結法を採用
すると、他の電池構成材料の特性が損なわれることにな
る。このため、固体電解質型燃料電池の各構成部材を、
共焼結法により一度に製造することができずに、接着剤
等による接着・組立工程が必要となり、製造コストが高
くなるなどの問題がある。
Therefore, when lanthanum chromite is used as a separator in a solid oxide fuel cell, the fuel gas and the oxidant gas sent to the fuel electrode and the air electrode cross-leak through the separator, causing a decrease in the battery output, resulting in poor catalytic characteristics. This causes the internal resistance of the battery to decrease and causes an increase in the internal resistance of the battery, the evaporation of the sintering aid causes a decrease in the characteristics of other battery constituent materials, and the sintering temperature of the separator is high. When the firing method, that is, the co-sintering method, is employed, the characteristics of other battery constituent materials are impaired. For this reason, each component of the solid oxide fuel cell,
It cannot be manufactured at once by the co-sintering method, but requires a bonding and assembling process using an adhesive or the like, which causes a problem that the manufacturing cost is increased.

そこで本発明等はランタンクロマイト原料粉としてLa
(1−x)CaxCr(1−y)O3を主成分とするランタン
クロマイトであって、上記x,yの値が 0<x≦0.4 ………(1) 0<y≦0.05 ………(2) y≦x ………(3) の組成領域をもつものを考えた。
Therefore, the present invention and the like use La
(1-x) Lanthanum chromite mainly composed of CaxCr (1-y) O 3 , wherein the values of x and y are 0 <x ≦ 0.4 (1) 0 <y ≦ 0.05... (2) y ≦ x... (3)

このランタンクロマイト原料粉ではクロムを不足させ
てあり、そのクロムの蒸発量を少なくして焼結性を向上
できるため気密性に優れたセパレータの実現が可能とな
る。しかもセパレータとして要求される酸化還元雰囲気
などにおける化学的安定性、高い電子伝導性などを得る
ことができる。しかし、この焼結条件は同時に空気極材
料の失活(触媒特性が無くなること)と、燃料極材料の
拡散を招く焼成条件(1600℃、5〜10時間)であるた
め、依然として固体電解質型燃料電池を共焼結法により
一気に製造することはできない。このため、従来のラン
タンクロマイト粉体で成形されるセパレータによると、
他の電池構成材料とは別個に焼成され、その後接着剤等
を用いて組立なければならず、製造コストを下げること
は非常に困難である。
In the lanthanum chromite raw material powder, chromium is insufficient, and the amount of chromium evaporated can be reduced to improve sinterability, so that a separator having excellent airtightness can be realized. In addition, chemical stability in an oxidation-reduction atmosphere or the like required for a separator, high electron conductivity, and the like can be obtained. However, since the sintering conditions are the sintering conditions (1600 ° C., 5 to 10 hours) that simultaneously inactivate the air electrode material (eliminate the catalytic properties) and diffuse the fuel electrode material, the solid electrolyte type fuel is still used. A battery cannot be manufactured at once by a co-sintering method. For this reason, according to the separator molded with the conventional lanthanum chromite powder,
It must be fired separately from other battery constituent materials and then assembled using an adhesive or the like, and it is very difficult to reduce the manufacturing cost.

本発明は低温度で且つ短時間に焼結が可能な焼結体用
カルシウムドープランタンクロマイト粉体及びその合成
方法を提供することを目的とする。また本発明は、セパ
レータ材として好適でかつ他の電池構成材と共焼結法に
より製造できる固体電解質型燃料電池提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a calcium dopran tank chromite powder for a sintered body that can be sintered at a low temperature for a short time and a method for synthesizing the same. Another object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell which is suitable as a separator material and can be produced by a co-sintering method with other cell components.

(課題を解決するための手段) かかる目的を達成するため、本発明のランタンクロマ
イト粉体は、カルシウムドープランタンクロマイト粉体
を合成する前の混合体の主成分の各々の元素のモル比が
La:Ca:Cr=(1−x):x:(1−y)で、かつ前記x,y,z
の値が(1)、(2)、(3) 0<x≦0.4 ………(1) 0<y≦0.05 ………(2) y≦x ………(3) を満足し、この混合体が400℃以下の温度で脱脂され、
昇温速度300℃/時間以上の速度で900−1100℃前後の温
度に急速に昇温され、その温度で5時間以上で反応させ
られたものから成る。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the lanthanum chromite powder of the present invention has a molar ratio of each element of the main components of the mixture before synthesizing the calcium dope lanthanum chromite powder.
La: Ca: Cr = (1-x): x: (1-y) and x, y, z
Satisfying (1), (2), (3) 0 <x ≦ 0.4 (1) 0 <y ≦ 0.05 (2) y ≦ x (3) The mixture is degreased at a temperature of 400 ° C or less,
The temperature is raised rapidly to a temperature of about 900-1100 ° C. at a rate of 300 ° C./hour or more, and the reaction is carried out at that temperature for 5 hours or more.

また、本発明のち密なカルシウムドープランタンクロ
マイト焼結体は、上述の粉体を比較的低温で焼成して得
られることを特徴としている。
Further, the dense calcium dopantran chromite sintered body of the present invention is obtained by firing the above powder at a relatively low temperature.

また、本発明の固体電解質型燃料電池は、上述の粉体
を焼成して作られたセパレータまたは接続端子により、
単位電池を直列および並列に接続して構成されているこ
とを特徴とする。
Further, the solid oxide fuel cell of the present invention, by a separator or connection terminal made by firing the above powder,
It is characterized in that unit batteries are connected in series and in parallel.

ここで、本発明のランタンクロマイト系酸化物、即ち
La(1−x)CaxCr(1−y)O3を成分をするランタン
クロマイトであって、x,yが前記(1),(2),
(3)式の組成領域をもつ混合体は、その製造法に特に
限定されず、粉末法、共沈法、ゾルゲル法等のいずれの
方法によって作製されたものでも実施可能である。いず
れの方法によって作製された混合体であっても、400℃
以下の温度で脱脂され、300℃/時間以上の昇温速度で9
00−1100℃前後の温度に急速に昇温され、更にこの温度
で5時間以上で反応させられることによって本発明のカ
ルシウムドープランタンクロマイト粉体は得られる。そ
して、この粉体は、急速に昇温しかつ低温で短時間内に
気密に焼結させ得る。
Here, the lanthanum chromite oxide of the present invention, that is,
A lanthanum chromite having La (1-x) CaxCr (1-y) O 3 as a component, wherein x and y are the above (1), (2),
The mixture having the composition region of the formula (3) is not particularly limited to the method for producing the mixture, and any mixture produced by any method such as a powder method, a coprecipitation method, and a sol-gel method can be used. 400 ° C for the mixture prepared by any method
Degreasing at the following temperature, 9
The temperature is rapidly raised to a temperature of about 00-1100 ° C., and the reaction is carried out at this temperature for 5 hours or more, whereby the calcium doprantan chromite powder of the present invention can be obtained. The powder can then be heated rapidly and hermetically sintered at low temperature in a short time.

(作用) La,Ca,Crの主成分の混合比が所定値に収められた上述
の未熱処理混合体を400℃以上の温度で脱脂すると、粉
体を従来の焼結温度よりも低温(例えば1200〜1400℃)
で緻密に焼結することができなくなる。しかし、400℃
以下の温度で脱脂すると、低温(1200〜1400℃)におい
て緻密に焼結できる。この状態を物理的に説明すると、
まだ明らかなことは分かってはいないが、400℃以上に
温度を上げると粉体中に焼結し難い6価のクロムを含む
化合物ができてしまうためであると考えられる。
(Action) When the above unheated mixture in which the mixing ratio of the main components of La, Ca, and Cr is within a predetermined value is degreased at a temperature of 400 ° C. or more, the powder is cooled to a temperature lower than the conventional sintering temperature (for example, 1200 ~ 1400 ℃)
Cannot be sintered densely. But 400 ° C
If degreased at the following temperature, it can be densely sintered at a low temperature (1200-1400 ° C.). To explain this state physically,
Although it is not clear yet, it is considered that if the temperature is raised to 400 ° C. or more, a compound containing hexavalent chromium, which is difficult to be sintered in the powder, is produced.

また、脱脂した粉体を300℃/h以上の昇温速度で急速
に昇温すると、焼結し難い6価のクロムを含む化合物が
粉体中に現れず、焼結し易い純粋なカルシウムドープラ
ンタンクロマイトが合成できる。この粉体を用いること
によって、低温(1200〜1400℃)で緻密な焼結体を作る
ことができる。300℃/時間未満の昇温速度で焼成した
カルシウムドープランタンクロマイト粉体では低温で緻
密な焼結体を作ることができない。
When the temperature of the defatted powder is rapidly increased at a rate of 300 ° C./h or more, a compound containing hexavalent chromium, which is difficult to sinter, does not appear in the powder, and pure calcium dough which is easy to sinter is obtained. Plantan chromite can be synthesized. By using this powder, a dense sintered body can be produced at a low temperature (1200 to 1400 ° C.). A dense sintered body cannot be produced at a low temperature with a calcium dopantran chromite powder fired at a heating rate of less than 300 ° C./hour.

このカルシウムドープランタンクロマイトはペロブス
カイト構造という特有な結晶構造であるため、反応中の
イオンの拡散が非常に起こり難い構造である。しかし、
上述の昇温後、粉体を5時間以上保持することによって
イオンの拡散を促し、カルシウムドープランタンクロマ
イトをより純粋に合成することができる。保持時間が5
時間未満の場合にはイオンの拡散が不十分なものとなっ
てしまう虞がある。
Since calcium dopantran chromite has a unique crystal structure called a perovskite structure, diffusion of ions during the reaction is extremely unlikely to occur. But,
After the above-mentioned temperature rise, the powder is held for 5 hours or more to promote the diffusion of ions and to synthesize calcium doptolan chromite more purely. Retention time 5
If the time is less than the time, the diffusion of ions may be insufficient.

(実施例) 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。
(Examples) Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.

本発明のカルシウムドープランタンクロマイト粉体
は、La,Ca,Crを主成分とするセラミックスである。この
粉体を合成する前の混合体の主成分は、各々の元素のモ
ル比がLa:Ca:Cr=(1−x):x:(1−y)で、かつx,
y,zの値が、0<x≦0.4、0<y≦0.05、y≦xの条件
を満足するように調整されている。上述の組成領域をも
つ混合体は、その製造法に特に限定されず、粉末法、共
沈法、ゾルゲル法等のいずれの方法によって作製された
ものでも実施可能である。
The calcium dopantran chromite powder of the present invention is a ceramic containing La, Ca, and Cr as main components. The main component of the mixture before synthesizing this powder is that the molar ratio of each element is La: Ca: Cr = (1-x): x: (1-y), and x,
The values of y and z are adjusted so as to satisfy the conditions of 0 <x ≦ 0.4, 0 <y ≦ 0.05, and y ≦ x. The mixture having the above-mentioned composition range is not particularly limited to the production method, and the mixture produced by any method such as a powder method, a coprecipitation method, and a sol-gel method can be used.

例えば、共沈法によるランタンクロマイト粉体の合成
方法を第1図に示す。
For example, FIG. 1 shows a method for synthesizing a lanthanum chromite powder by a coprecipitation method.

まず、硝酸ランタンAと、硝酸カルシウムBと、硝酸
クロムCとを過剰のシュウ酸を溶解させたエタノール溶
液Dに滴下する(ステップ)。次にこの混合溶液を送
風や加熱などの手段によって乾燥させる(ステップ
)。更に、400℃以下の温度で加熱して脱脂する(ス
テップ)。その後、有機溶媒などを用い、ボールミル
などにおいて混合する(ステップ)。得られた混合物
を300℃/h以上の昇温速度で900℃〜1100℃の温度に急速
昇温し、更にその温度域で5時間以上保持してランタン
クロマイト粉体を得る(ステップ)。
First, lanthanum nitrate A, calcium nitrate B, and chromium nitrate C are dropped into an ethanol solution D in which excess oxalic acid is dissolved (step). Next, the mixed solution is dried by means such as blowing or heating (step). Further, it is heated at a temperature of 400 ° C. or less to degrease it (step). Thereafter, using an organic solvent or the like, mixing is performed in a ball mill or the like (step). The obtained mixture is rapidly heated to a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C. at a temperature increasing rate of 300 ° C./h or more, and further kept at that temperature range for 5 hours or more to obtain a lanthanum chromite powder (step).

実施例1 硝酸ランタン(La(NO3・6H2O)401g、硝酸カル
シウム(Ca(NO3・4H2O)100g、硝酸クロム(Cr(N
O3・9H2O)529gを混合して、これを過剰なシュウ酸
((COOH)・2H2O)を溶解させたエタノール溶液に滴
下した。その後、混合溶液を乾燥させてLa:Ca:Cr=(1
−x):x:(1−y)でかつx,y,zの値が0<x≦0.4、
0<y≦0.05、y≦xを満足する組成比の混合体、即ち
La0.7Ca0.32CrO3の組成比の混合体を得た。次いで昇温
速度300℃/h以上で1000℃に急速昇温し、その温度で約1
0時間保持してランタンクロマイト粉体を得た。このラ
ンタンクロマイト粉体をエタノールを用いてボールミル
で混合し、本発明ランタンクロマイト粉体を得た。
Example 1 lanthanum nitrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 401g, calcium nitrate (Ca (NO 3) 2 · 4H 2 O) 100g, chromium nitrate (Cr (N
O 3) 3 · 9H 2 O ) 529g were mixed and added dropwise to this excess oxalic acid ((COOH) in 2 · 2H 2 O) ethanol solution prepared by dissolving the. Thereafter, the mixed solution was dried to obtain La: Ca: Cr = (1
-X): x: (1-y) and the values of x, y, z are 0 <x ≦ 0.4,
A mixture having a composition ratio satisfying 0 <y ≦ 0.05 and y ≦ x, that is,
A mixture having a composition ratio of La 0.7 Ca 0.32 CrO 3 was obtained. Then, the temperature was raised rapidly to 1000 ° C at a rate of 300 ° C / h or more, and
After holding for 0 hour, lanthanum chromite powder was obtained. This lanthanum chromite powder was mixed with a ball mill using ethanol to obtain the lanthanum chromite powder of the present invention.

焼結実験 上述の合成方法によって得られた粉体を原料としてペ
レタイザを用いて直径20mm、厚さ1〜2mmのペレット状
に加圧成形し、空気中において1100〜1400℃の比較的低
温度領域において任意の時間焼成し、焼結体が所要の気
密性能をもつまでの時間を求めた。ここで、比較的低温
度領域とは、従来のランタンクロマイトの焼成温度より
も低い温度、例えば従来の焼成温度1600〜1700℃よりも
200℃程度低い領域を意味しており、他の電池構成材料
に影響を与えない温度領域である。
Sintering experiment The powder obtained by the above-mentioned synthesis method is pressed into a pellet having a diameter of 20 mm and a thickness of 1 to 2 mm using a pelletizer as a raw material, and a relatively low temperature region of 1100 to 1400 ° C. in air. Was fired for an arbitrary time, and the time required for the sintered body to have the required hermeticity was determined. Here, the relatively low temperature region is a temperature lower than the firing temperature of the conventional lanthanum chromite, for example, higher than the conventional firing temperature of 1600 to 1700 ° C.
It means a region that is lower by about 200 ° C. and does not affect other battery constituent materials.

その結果を第2図に示す。第2図は、焼成温度及び焼
成時間と相対密度の関係を示す図であって、図中のハッ
チングで示す領域は、固体電解質型燃料電池のセパレー
タとして用いる場合に好適な、ガスの透過が起こらない
気密な焼結体の領域を示す。具体的には焼結体の相対密
度が94%以上の領域を示す。
The result is shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the sintering temperature and the sintering time and the relative density. The hatched area in the figure indicates that gas permeation, which is suitable for use as a separator of a solid oxide fuel cell, Shows no airtight sintered body area. Specifically, it indicates a region where the relative density of the sintered body is 94% or more.

この実験結果から、本発明のランタンクロマイト粉体
を用いる場合、1300℃を最高焼結温度とするときには5
時間以内の焼成時間で、1400℃を最高温度とするときに
は保持時間なしで、ち密な焼結体を得ることができるこ
とが理解できる。この焼成条件、即ち1300℃の場合には
5時間、1400℃では保持時間なしという焼成条件は、他
の燃料電池構成部品例えば燃料極や空気極などの特性に
影響を及ぼすことの少ない焼成条件である。
From this experimental result, when the lanthanum chromite powder of the present invention is used, when the maximum sintering temperature is 1300 ° C., 5
It can be understood that a dense sintered body can be obtained without a holding time when the maximum temperature is set to 1400 ° C. with the firing time within the time. The firing conditions, that is, the firing conditions of 5 hours at 1300 ° C. and no holding time at 1400 ° C. are firing conditions that have little effect on the characteristics of other fuel cell components such as the fuel electrode and the air electrode. is there.

したがって本発明のカルシウムドープランタンクロマ
イト粉体を焼成した焼結体を、例えば第3図に示すよう
な固体電解質型燃料電池のセパレータ4として利用すれ
ば、あるいはスペーサ2,3のような接続子として使用す
れば、主たる電解質燃料電池の構成部材と共焼結法によ
り一度に製造することができる。第3図(A)及び
(B)に示すように、平板型固体電解質燃料電池のセパ
レータとして構成した一例を分解斜視図で示す。燃料電
池は、平板の単電池1とセパレータ4をスペーサ2,3を
介して交互に積重ね、単電池1とセパレータ4とによっ
て形成される空気供給用空間5と燃焼ガス供給用空間6
とに燃焼ガスと空気が夫々燃料ガス供給パイプ7と空気
供給パイプ8を介して夫々供給される。更に、単電池1
は固体電解質9の表面側と裏面側に空気極10と燃料極11
を形成して成る。このような燃料電池のセパレータ4と
してあるいはスペーサ2,3として本発明に関わるカルシ
ウムドープランタンクロマイト焼結体は使用される。
Therefore, if the sintered body obtained by firing the calcium doptolan chromite powder of the present invention is used as a separator 4 of a solid oxide fuel cell as shown in FIG. 3, for example, or as a connector such as spacers 2 and 3 If used, it can be manufactured at once by a co-sintering method with the main components of the electrolyte fuel cell. As shown in FIGS. 3 (A) and (B), an example of a configuration as a separator of a flat solid electrolyte fuel cell is shown in an exploded perspective view. In the fuel cell, a flat unit cell 1 and a separator 4 are alternately stacked via spacers 2 and 3, and an air supply space 5 and a combustion gas supply space 6 formed by the unit cell 1 and the separator 4 are formed.
At this time, the combustion gas and the air are supplied via the fuel gas supply pipe 7 and the air supply pipe 8, respectively. Furthermore, the cell 1
Are the air electrode 10 and the fuel electrode 11 on the front and back sides of the solid electrolyte 9.
Is formed. As the separator 4 or the spacers 2 and 3 of such a fuel cell, the calcium dopran tank chromite sintered body according to the present invention is used.

また本発明原料粉末で作られたセパレータによる固体
電解質型燃料電池の製作結果によれば、従来のものより
発電性能の優れたものを簡単かつ低コストで製作しうる
ことが予想される。
According to the result of manufacturing a solid oxide fuel cell using the separator made of the raw material powder of the present invention, it is expected that a fuel cell having better power generation performance than the conventional one can be manufactured easily and at low cost.

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではあ
るがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、
上述の実施例では本発明を固体電解質型燃料電池に利用
した場合についてのみ説明したが、特にこれに限定され
るものではなく、本発明のランタンクロマイト粉体は化
学的に安定でかつ電子伝導性が高いことから、高温で作
動する空気炉ヒータやMHD発電機等の電極あるいは燃焼
触媒等として使用しても効果を挙げることができる。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example,
In the above-described embodiment, only the case where the present invention is applied to a solid oxide fuel cell is described. However, the present invention is not particularly limited to this, and the lanthanum chromite powder of the present invention is chemically stable and has electronic conductivity. Therefore, even when used as an electrode of an air furnace heater or an MHD generator that operates at a high temperature, a combustion catalyst, or the like, an effect can be obtained.

(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明のランタンク
ロマイト粉体によれば、化学的安定性、電子伝導性に優
れかつ気密性にも優れるカルシウムドープランタンクロ
マイト焼結体が同種の従来品よりも比較的低温度でかつ
短時間に焼成できる。したがって、このランタンクロマ
イト粉体を用いて気密性に優れた焼結体例えば固体電解
質型燃料電池のセパレータを成形する場合、従来よりも
低い最高焼結温度例えば1300〜1400℃でかつ短時間に製
作し得るので、固体電解質型燃料電池の他の構成材料例
えば空気極や燃料極に悪影響を与えることがない。この
ため、セパレータと他の固体電解質燃料電池の他の電池
構成材料とを一度に焼成して製造できるので、製造コス
トを大幅に下げることができる。勿論、このことは、化
学的安定性、電子伝導性等を必要とするその他の高温作
動体に適用する場合においても同様である。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the lanthanum chromite powder of the present invention, a calcium dopran tank chromite sintered body that is excellent in chemical stability, electron conductivity, and airtightness is of the same type. Can be fired at a relatively low temperature and in a shorter time than the conventional product. Therefore, when molding a sintered body having excellent airtightness using the lanthanum chromite powder, for example, a separator of a solid oxide fuel cell, the maximum sintering temperature lower than before, for example, 1300 to 1400 ° C. and manufactured in a short time Therefore, other constituent materials of the solid oxide fuel cell such as the air electrode and the fuel electrode are not adversely affected. For this reason, since the separator and other cell constituent materials of another solid oxide fuel cell can be fired at a time, the manufacturing cost can be significantly reduced. Of course, this also applies to the case where the present invention is applied to other high-temperature operating bodies requiring chemical stability, electron conductivity, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明のランタンクロマイト原料粉体の製造方
法の一例を示す説明図である。 第2図は本発明のカルシウムドープランタンクロマイト
粉体の焼成時における焼成条件と気密の程度の関係を示
すグラフである。 第3図(A)は固体電解質型燃料電池の構成の一例を説
明する斜視図、第3図(B)はその縦断面図である。 2,3……接続端子としてのスペーサ、 4……セパーレータ。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the method for producing a lanthanum chromite raw material powder of the present invention. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the calcination conditions and the degree of hermeticity during calcination of the calcium dopantran chromite powder of the present invention. FIG. 3A is a perspective view illustrating an example of the configuration of a solid oxide fuel cell, and FIG. 3B is a longitudinal sectional view thereof. 2,3 ... Spacer as connection terminal, 4 ... Separator.

フロントページの続き (72)発明者 川田 達也 茨城県つくば市東1丁目1番地 工業技 術院化学技術研究所内 (72)発明者 酒井 夏子 茨城県つくば市東1丁目1番地 工業技 術院化学技術研究所内 審査官 大工原 大二 (56)参考文献 特開 平2−111632(JP,A) 特開 平3−261621(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01G 37/00 C04B 35/00 Continuing from the front page (72) Inventor Tatsuya Kawada 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref., Institute of Chemical Technology, Industrial Technology Institute (72) Inventor Natsuko Sakai 1-1-1, Higashi, Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref. Investigator Daiji Daikohara (56) References JP-A-2-111632 (JP, A) JP-A-3-261621 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C01G 37 / 00 C04B 35/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】カルシウムドープランタンクロマイト粉体
を合成する前の混合体の主成分の各々の元素のモル比が
La:Ca:Cr=(1−x):x:(1−y)で、かつ前記x,y,z
の値が(1)、(2)、(3) 0<x≦0.4 ………(1) 0<y≦0.05 ………(2) y≦x ………(3) を満足し、この混合体が400℃以下の温度で脱脂される
と共に300℃/時間以上の昇温速度で900−1100℃前後の
温度に急速に昇温され、更にこの温度で5時間以上で反
応させられたことを特徴とするカルシウムドープランタ
ンクロマイト粉体。
(1) The molar ratio of each element of the main components of the mixture before the synthesis of calcium dopantran chromite powder is as follows:
La: Ca: Cr = (1-x): x: (1-y) and x, y, z
Satisfying (1), (2), (3) 0 <x ≦ 0.4 (1) 0 <y ≦ 0.05 (2) y ≦ x (3) The mixture was degreased at a temperature of 400 ° C or less, rapidly heated to a temperature of 900-1100 ° C at a rate of 300 ° C / hour or more, and reacted at this temperature for 5 hours or more. A calcium dopamine chromite powder.
【請求項2】請求項1記載のカルシウムドープランタン
クロマイト粉体を比較的低温かつ短時間の条件で焼成し
て作ることを特徴とするカルシウムドープランタンクロ
マイト焼結体。
2. A calcium dopantlan chromite sintered body produced by firing the calcium dopantlan chromite powder according to claim 1 at a relatively low temperature for a short time.
【請求項3】請求項1記載のカルシウムドープランタン
クロマイト粉体を焼成して作られたセパレータまたは接
続端子により、単位電池を直列および並列に接続して構
成されたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
3. A solid electrolyte type wherein unit cells are connected in series and in parallel by a separator or a connection terminal formed by firing the calcium dopantran chromite powder according to claim 1. Fuel cell.
【請求項4】カルシウムドープランタンクロマイト粉体
を合成する前の混合体の主成分の各々の元素のモル比が
La:Ca:Cr=(1−x):x:(1−y)で、かつ前記x,y,z
の値が(1)、(2)、(3) 0<x≦0.4 ………(1) 0<y≦0.05 ………(2) y≦x ………(3) を満足する混合体を400℃以下の温度で脱脂し、その後3
00℃/時間以上の昇温速度で900−1100℃前後の温度に
急速に昇温し、更にこの温度で5時間以上で反応させる
ことを特徴とするカルシウムドープランタンクロマイト
粉体の合成方法。
4. The molar ratio of each of the main components of the mixture before the synthesis of the calcium dopantran chromite powder is as follows:
La: Ca: Cr = (1-x): x: (1-y) and x, y, z
(1), (2), (3) 0 <x ≦ 0.4 (1) 0 <y ≦ 0.05 (2) A mixture satisfying y ≦ x (3) Is degreased at a temperature of 400 ° C or less, and then 3
A method for synthesizing a calcium dopran tank chromite powder, wherein the temperature is rapidly raised to a temperature of about 900 to 1100 ° C. at a temperature rising rate of 00 ° C./hour or more, and the reaction is further performed at this temperature for 5 hours or more.
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