[发明专利]氧化锆电解质和制备氧化锆电解质的方法

说明书

本发明的目的在于提供一种氧化锆电解质，其具有高强度并且适用于固体氧化物燃料电池的固体电解质层，以及制备具有高强度的氧化锆电解质的制备方法。根据本发明的氧化锆电解质，其基本上由利用选自钪、钇、铈、钆和镱中的一种或多种稀土的氧化物稳定化的氧化锆组成，其中，在断裂面上10个以上面积为50μm²并且彼此不重叠的区域中的细孔数的标准差为2.5以上。

技术领域

本发明涉及适用于固体氧化物燃料电池的固体电解质层的高强度的氧化锆电解质，以及制备高强度氧化锆电解质的方法。

背景技术

作为清洁能源，燃料电池受到关注，主要用于家庭发电、工业发电、汽车发电等的燃料电池的改进和实际使用正在快速发展。在这些燃料电池中，由于固体氧化物燃料电池(以下有时简称为“SOFC”)的发电效率高，长期稳定性优异，因此期待固体氧化物燃料电池成为家庭和工业的电能源。

作为SOFC的固体电解质层的原料，通常使用陶瓷。这是因为陶瓷除了耐热性等机械特性以外，还具有优异的电特性和磁特性。特别是由于氧化锆陶瓷具有优异的氧化物离子传导性、耐热性、耐腐蚀性、韧性等特性，因此使用以氧化锆为主要成分的陶瓷作为SOFC的固体电解质层原料。

在SOFC中，例如，通过将电解质层的一个侧面上的阳极层和另一个侧面上的阴极层叠而成的多个SOFC单元电池串联堆叠；由此，对每层施加大的负载。另外，SOFC暴露在各种温度变化下，例如发电时的高温和非工作状态时的环境温度等。而且，含有基本金属的电极的体积在氧化状态和还原状态下发生变化。因此，为了长期保持SOFC的稳定的发电性能，要求各层没有缺陷，均匀且强度高。

主要由氧化锆构成的固体电解质层通常通过制备至少含有原料氧化锆粉末、溶剂和粘合剂的浆料，从所形成的浆料中除去溶剂以形成具有所需形状的生坯，并在室温下烧结生坯以除去有机组分等来制备。由于聚(甲基)丙烯酸显示良好的热分解性，通常使用聚(甲基)丙烯酸作为粘合剂。一方面，当使用聚(甲基)丙烯酸粘合剂制备氧化锆烧结体时，有时作为氧化锆烧结体前体的生坯的强度可能不足。已知当使用聚乙烯醇缩丁醛作为粘合剂时，可以获得具有较高强度的生坯。但是，在使用聚乙烯醇缩丁醛粘合剂制备陶瓷烧结体时，生坯的强度变得比较高，残留碳量多，并且容易产生气孔。

作为具有良好热分解性的粘合剂，专利文献1和专利文献2公开了用于形成陶瓷生片的粘合剂和用于制备无机烧结体的粘合剂，所述粘合剂含有具有聚乙烯醇缩丁醛单元和聚(甲基)丙烯酸单元的接枝共聚物。

在陶瓷烧结体中，用作固体氧化物燃料电池的固体电解质层的氧化锆烧结体需要特别高的强度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP 4637985B

专利文献2：JP 5555788B

发明内容

基于上述情况，本发明的目的在于提供适合于固体氧化物燃料电池的固体电解质层的高强度的氧化锆电解质及高强度的氧化锆电解质的制备方法。

本发明的发明人为了解决上述问题进行了深入研究。其结果发现，通过使用特定的粘合剂，可以得到分散稳定性优异的氧化锆浆料，从而能够通过使用该氧化锆浆料来控制氧化锆电解质中的细孔分布，可以制备具有高强度的氧化锆电解质，从而完成了本发明。

以下描述本发明。

[1]一种氧化锆电解质，其基本上由利用选自钪、钇、铈、钆和镱中的一种或多种稀土的氧化物稳定化的氧化锆组成，

其中，在断裂面上10个以上面积为50μm²并且彼此不重叠的区域中的细孔数的标准差为2.5以上。

[2]根据上述[1]所述的氧化锆电解质，其中，所述区域的细孔径的标准差为0.15μm以下。