固体電解質用電極およびその製造方法
【目的】従来よりも低温で作動する固体電解質を提供する。燃料電池や酸素センサー等に応用すれば、従来よりも低い温度で作動し、限界電流密度を大きくすることや電圧を高くすることが可能となる。
【構成】酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法によりイリジウム電極を形成した。
【構成】酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法によりイリジウム電極を形成した。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池および酸素センサー等に適用される酸素イオン伝導性の固体電解質用電極およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸素イオン伝導性の固体電解質として、酸化ジルコニウムに酸化カルシウムまたは酸化イットリウム等を固溶させた材料が、一般に安定化ジルコニアとして用いられている。
【０００３】これらの固体電解質の作動温度は高いため、電極材料として白金，ニッケルおよびペロブスカイト型酸化物等（ LaCoO3 等）が用いられている。
【０００４】これらの電極材料を用いて、固体電解質基板上に電極を形成する方法として、焼結，ＣＶＤおよび溶射等が行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来から固体電解質として用いられている安定化ジルコニアは、高い酸素イオン伝導を得るために1000℃程度で作動させる必要がある。
【０００６】従って、安定化ジルコニアを燃料電池や酸素センサーに使用する場合、電極および構成材料に耐熱性が要求され、信頼性や経済性等において課題があった。
【０００７】この課題を改善するために 600℃以下の温度で作動させることが要求されるが、この場合には、固体電解質の酸素イオン伝導の低下および電極界面抵抗が著しく増加するという問題があった。
【０００８】本発明では、上記の問題における電極界面抵抗の増加を抑制し、電極界面反応を極めて容易に進行させる電極を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に、有機金属ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法）によってイリジウム電極を形成するものである。
【００１０】有機金属ＣＶＤ法とは、原料として有機金属を使用したＣＶＤ法である。
【００１１】ここにＣＶＤ（chemical vapor deposition)法とは、反応系分子の気体あるいはこれと不活性の担体との混合気体を、加熱した基板上に流し、加水分解，自己分解，光分解，酸化還元，置換等の反応による生成物を基板上に蒸着させる方法をいう。
【００１２】
【作用】本発明では、従来よりも低い温度において、電極界面抵抗を著しく低下させることが可能になる。すなわち、作動温度を下げることによる特性の低下が抑制されるために作動温度を下げることが可能となった。
【００１３】従って、従来では電極および構成材料に高い耐熱性が求められていたが、作動温度の低下によって使用する材料の制約が低減され、信頼性および経済性等が改善される。
【００１４】
【実施例】以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
［実施例］本発明による電極を以下のようにして製作した。
【００１５】イリジウムアセチル、アセトネートを原料として、これを 180℃で気化し、アルゴンガスで搬送し、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板上にイリジウムを堆積させて電極が得られた。合成装置を図１に示す。
【００１６】最も優れた特性を示す電極が得られた条件を以下に示す。
【００１７】原料温度 ： 150 −300 ℃基板温度 ： 400 −800 ℃炉内全圧力 ： 2 −100torr原料アルゴンガス流量 ： 50cm3 /min［比較例１］実施例１のイリジウムアセチルアセトネートの変わりに白金アセチルアセトネートを用いた以外は同様にして、ＹＳＺ基板上に白金電極が得られた。
［比較例２］ＹＳＺ基板上に白金超微粉末を含むペーストを塗布し、熱処理を行なって白金電極が得られた。
【００１８】図２に、これらの電極を用いて交流インピーダンス解析を行なったときの結果を示す。この図から、ほぼ２つの半円があることがわかる。原点付近の小さな半円は電極の種類によらないものでＹＳＺのバルクの伝導度である。他方の半円は電極の種類に大きく依存し、電極界面抵抗に起因するものである。比較例１，２の電極には、大きい半円が認められ、界面抵抗が大きいことがわかる。しかし、本発明による実施例の電極には、界面抵抗の半円がほとんど認められず、電極界面反応が極めて容易に進行していることがわかる。
【００１９】図３には、各種電極の電極界面抵抗成分についてのみまとめたものである。 600℃以下の温度範囲において、本発明による実施例が非常に高い界面伝導度を有していることがわかる。
【００２０】なお、上記実施例ではイリジウムアセチルアセトネートを原料として使用したが、他のイリジウムの有機金属（アリルイリジウム等）を使用しても同様な結果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば従来よりも低温で固体電解質が作動する。よって本発明を燃料電池や酸素センサー等に応用すれば、従来よりも低い温度で作動し、限界電流密度を大きくすることや電圧を高くすることが可能となる。また、従来では電極および構成材料に高い耐熱性が求められていたが、作動温度の低下によって使用する材料の制約が低減され、信頼性および経済性等を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による固体電解質用電極の形成に用いられる製造装置を示した図。
【図２】本発明による電極と比較例による電極の交流インピーダンス解析を行なった結果を示した図。
【図３】本発明による電極と比較例による電極の電極界面抵抗成分についてまとめた図。
【符号の説明】
１ ヒーター
２ 石英管，
３ 石英皿
４ 有機金属粉末
５ リボンヒーター
６ 基板ホルダー
７ 基板
８ ニードルバルブ
９ フランジ
１０ 熱電対
１１ シール
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池および酸素センサー等に適用される酸素イオン伝導性の固体電解質用電極およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸素イオン伝導性の固体電解質として、酸化ジルコニウムに酸化カルシウムまたは酸化イットリウム等を固溶させた材料が、一般に安定化ジルコニアとして用いられている。
【０００３】これらの固体電解質の作動温度は高いため、電極材料として白金，ニッケルおよびペロブスカイト型酸化物等（ LaCoO3 等）が用いられている。
【０００４】これらの電極材料を用いて、固体電解質基板上に電極を形成する方法として、焼結，ＣＶＤおよび溶射等が行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来から固体電解質として用いられている安定化ジルコニアは、高い酸素イオン伝導を得るために1000℃程度で作動させる必要がある。
【０００６】従って、安定化ジルコニアを燃料電池や酸素センサーに使用する場合、電極および構成材料に耐熱性が要求され、信頼性や経済性等において課題があった。
【０００７】この課題を改善するために 600℃以下の温度で作動させることが要求されるが、この場合には、固体電解質の酸素イオン伝導の低下および電極界面抵抗が著しく増加するという問題があった。
【０００８】本発明では、上記の問題における電極界面抵抗の増加を抑制し、電極界面反応を極めて容易に進行させる電極を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に、有機金属ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法）によってイリジウム電極を形成するものである。
【００１０】有機金属ＣＶＤ法とは、原料として有機金属を使用したＣＶＤ法である。
【００１１】ここにＣＶＤ（chemical vapor deposition)法とは、反応系分子の気体あるいはこれと不活性の担体との混合気体を、加熱した基板上に流し、加水分解，自己分解，光分解，酸化還元，置換等の反応による生成物を基板上に蒸着させる方法をいう。
【００１２】
【作用】本発明では、従来よりも低い温度において、電極界面抵抗を著しく低下させることが可能になる。すなわち、作動温度を下げることによる特性の低下が抑制されるために作動温度を下げることが可能となった。
【００１３】従って、従来では電極および構成材料に高い耐熱性が求められていたが、作動温度の低下によって使用する材料の制約が低減され、信頼性および経済性等が改善される。
【００１４】
【実施例】以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
［実施例］本発明による電極を以下のようにして製作した。
【００１５】イリジウムアセチル、アセトネートを原料として、これを 180℃で気化し、アルゴンガスで搬送し、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板上にイリジウムを堆積させて電極が得られた。合成装置を図１に示す。
【００１６】最も優れた特性を示す電極が得られた条件を以下に示す。
【００１７】原料温度 ： 150 −300 ℃基板温度 ： 400 −800 ℃炉内全圧力 ： 2 −100torr原料アルゴンガス流量 ： 50cm3 /min［比較例１］実施例１のイリジウムアセチルアセトネートの変わりに白金アセチルアセトネートを用いた以外は同様にして、ＹＳＺ基板上に白金電極が得られた。
［比較例２］ＹＳＺ基板上に白金超微粉末を含むペーストを塗布し、熱処理を行なって白金電極が得られた。
【００１８】図２に、これらの電極を用いて交流インピーダンス解析を行なったときの結果を示す。この図から、ほぼ２つの半円があることがわかる。原点付近の小さな半円は電極の種類によらないものでＹＳＺのバルクの伝導度である。他方の半円は電極の種類に大きく依存し、電極界面抵抗に起因するものである。比較例１，２の電極には、大きい半円が認められ、界面抵抗が大きいことがわかる。しかし、本発明による実施例の電極には、界面抵抗の半円がほとんど認められず、電極界面反応が極めて容易に進行していることがわかる。
【００１９】図３には、各種電極の電極界面抵抗成分についてのみまとめたものである。 600℃以下の温度範囲において、本発明による実施例が非常に高い界面伝導度を有していることがわかる。
【００２０】なお、上記実施例ではイリジウムアセチルアセトネートを原料として使用したが、他のイリジウムの有機金属（アリルイリジウム等）を使用しても同様な結果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば従来よりも低温で固体電解質が作動する。よって本発明を燃料電池や酸素センサー等に応用すれば、従来よりも低い温度で作動し、限界電流密度を大きくすることや電圧を高くすることが可能となる。また、従来では電極および構成材料に高い耐熱性が求められていたが、作動温度の低下によって使用する材料の制約が低減され、信頼性および経済性等を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による固体電解質用電極の形成に用いられる製造装置を示した図。
【図２】本発明による電極と比較例による電極の交流インピーダンス解析を行なった結果を示した図。
【図３】本発明による電極と比較例による電極の電極界面抵抗成分についてまとめた図。
【符号の説明】
１ ヒーター
２ 石英管，
３ 石英皿
４ 有機金属粉末
５ リボンヒーター
６ 基板ホルダー
７ 基板
８ ニードルバルブ
９ フランジ
１０ 熱電対
１１ シール
【特許請求の範囲】
【請求項１】酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に、有機金属ＣＶＤ法によりイリジウム電極を形成してなる固体電解質用電極。
【請求項２】酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に、有機金属ＣＶＤ法によりイリジウム電極を形成することを特徴とする固体電解質用電極の製造方法。
【請求項３】原料としてイリジウムアセチルアセトネートを使用し、これを気化し不活性ガスで搬送して、上記固体電解質である安定化ジルコニア基板上にイリジウム電極を形成することを特徴とする固体電解質用電極の製造方法。
【請求項１】酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に、有機金属ＣＶＤ法によりイリジウム電極を形成してなる固体電解質用電極。
【請求項２】酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に、有機金属ＣＶＤ法によりイリジウム電極を形成することを特徴とする固体電解質用電極の製造方法。
【請求項３】原料としてイリジウムアセチルアセトネートを使用し、これを気化し不活性ガスで搬送して、上記固体電解質である安定化ジルコニア基板上にイリジウム電極を形成することを特徴とする固体電解質用電極の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平６−２９０７８９
【公開日】平成６年（１９９４）１０月１８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−９５２６７
【出願日】平成５年（１９９３）３月３０日
【出願人】（０００００４２８２）日本電池株式会社 (48)
【出願人】（０００２３９８２８）
【出願人】（５９３０７８７７４）
【公開日】平成６年（１９９４）１０月１８日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）３月３０日
【出願人】（０００００４２８２）日本電池株式会社 (48)
【出願人】（０００２３９８２８）
【出願人】（５９３０７８７７４）
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