伝導性材料
【課題】高いプロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有すると共に、中温域で動作可能であり、しかも緻密な構造を有する伝導性材料を創案する。
【解決手段】本発明の伝導性材料は、組成として、下記成分換算のモル％表示で、ＳｎＯ2 ３．５〜２５％、Ｐ2Ｏ5 １２〜４０％、ＳｉＯ2 １０〜５０％、Ｂ2Ｏ3 １〜４０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3（Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、及びＹ2Ｏ3の合量） ０．１〜１０％を含有することを特徴とする。
【解決手段】本発明の伝導性材料は、組成として、下記成分換算のモル％表示で、ＳｎＯ2 ３．５〜２５％、Ｐ2Ｏ5 １２〜４０％、ＳｉＯ2 １０〜５０％、Ｂ2Ｏ3 １〜４０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3（Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、及びＹ2Ｏ3の合量） ０．１〜１０％を含有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝導性材料に関し、具体的には、高いプロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有し、中温域で動作可能であり、且つ緻密な構造を有する伝導性材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電効率の理論値が高く、また廃熱も利用可能であるため、最新鋭の火力発電等と比較して、二酸化炭素を大幅に削減できると共に、十分な電気、熱の供給が可能である。また、家庭用、車載用等の小規模発電用途としては、パーフルオロアルキルスルホン酸系ポリマー（登録商標Ｎａｆｉｏｎ）等を使用した固体高分子燃料電池が注目されている。しかし、現在のところ、上記の固体高分子燃料電池は、動作温度が８０℃前後と低いため、発電効率が低い（〜３３％程度）という問題がある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、リン酸形燃料電池は、実用化に至っているが、動作温度が２００℃程度であり、また製造コストが高いという問題がある。さらに、固体酸化物形燃料電池は、動作温度が１０００℃前後と非常に高いため、燃料電池の構成部材に安価なステンレス等を使用できないという問題がある。このような事情から、２００〜５００℃の中温域で良好に動作可能な燃料電池が求められている。なお、５００℃程度まで燃料電池の動作温度を上昇できれば、発電効率と熱利用効率を合計した場合に、約８０％の総合効率達成も可能であると言われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０９７２７２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｔ．Ｎｏｒｂｙ、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｉｏｎｉｃｓ、１２５、１、１９９０
【非特許文献２】阿部良弘、ＮＥＷ ＧＬＡＳＳ、Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．３、１９９７、ｐ２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
５００℃程度まで動作温度を上昇させるには、当該温度域で高いプロトン伝導性又は酸素イオン伝導性を示す電解質の開発が不可欠になる。しかし、２００〜５００℃の中温域において、実用的な電気伝導度を有する伝導性材料は未だに報告されていないのが実情である（非特許文献１参照）。
【０００７】
このような状況の下、プロトン伝導体として、ＳｎＰ2Ｏ7結晶が注目されている。ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、岩塩型構造を有しており、ＳｎＯ6八面体とＰＯ4四面体が連なった構造を有している。この結晶中の４価のＳｎの一部を３価のカチオンで置換すると、プロトン伝導性を高めることができる。また、ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、中温域、無加湿で動作可能であり、更にはプロトン輸率が１である。このため、ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、燃料電池の電解質材料として有望である。しかし、ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、難焼結性であるため、緻密化し難い性質を有している。このため、ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、成膜性に劣り、また燃料ガスのリークを発生させ易いという欠点を有する。
【０００８】
また、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶は、中温域でプロトン・電子混合伝導性を有するため、電子電導性が要求される電極材料に適用可能である。しかし、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶も、難焼結性であるため、緻密化し難い性質を有している。このため、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶は、電極材料に不向きである。
【０００９】
そこで、本発明は、高いプロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有すると共に、中温域で動作可能であり、しかも緻密な構造を有する伝導性材料を創案することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、鋭意研究の結果、特定成分の含有量を所定範囲に規制すれば、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明の伝導性材料は、組成として、下記成分換算のモル％表示で、ＳｎＯ2 ３．５〜２５％、Ｐ2Ｏ5 １２〜４０％、ＳｉＯ2 １０〜５０％、Ｂ2Ｏ3 １〜４０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3（Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、及びＹ2Ｏ3の合量） ０．１〜１０％を含有することを特徴とする。
【００１１】
上記のように、各成分の含有量を規制すれば、ガラス化が可能になると共に、結晶化処理を行うと、所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）を析出させることも可能になる。また、緻密化、薄膜化が容易になり、更には燃料ガスのリークを防止し易くなる。その結果、高いプロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有すると共に、中温域で動作可能であり、しかも緻密な構造を有する伝導性材料を得ることができる。
【００１２】
特に、結晶中の４価のＳｎの一部を３価のカチオン（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｙ）で置換すると、電荷補償のためのホールが形成される。このホールと水分子が反応することにより、プロトンが生成して、プロトン伝導性を高めることができる。
【００１３】
第二に、本発明の伝導性材料は、ＳｎＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3（ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、及びＹ2Ｏ3の合量）の含有量が６〜３５モル％であることが好ましい。
【００１４】
第三に、本発明の伝導性材料は、モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2が０．０８〜２．０であることが好ましい。このようにすれば、溶解性が低下する事態を防止した上で、プロトン伝導性を高め易くなる。
【００１５】
第四に、本発明の伝導性材料は、結晶化ガラスであることが好ましい。このようにすれば、ガラスマトリクス中に所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）を析出させることが可能になり、緻密化、薄膜化、膜の均一化が容易になる。
【００１６】
第五に、本発明の伝導性材料は、ＳｎＰ2Ｏ7結晶が析出していることが好ましい。このようにすれば、プロトン伝導性が向上する。
【００１７】
第六に、本発明の伝導性材料は、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶が析出していることが好ましい。このようにすれば、プロトン・電子混合伝導性を付与することが可能になる。
【００１８】
第七に、本発明の伝導性材料は、プロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有することが好ましい。
【００１９】
第八に、本発明の伝導性材料は、５００℃における電気伝導率が１０-6.0Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
第九に、本発明の伝導性材料は、燃料電池に用いることが好ましい。
【００２１】
第十に、本発明の伝導性材料は、８００℃以上の溶融工程を経て作製されてなることが好ましい。
【００２２】
第十一に、本発明の伝導性材料は、８００℃以上の結晶化工程を経て作製されてなることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料をＸＲＤ測定した結果を示すデータである。
【図２】実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料を８００℃で結晶化処理した後にＸＲＤ測定した結果を示すデータである。
【図３】実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料を９００℃で結晶化処理した後にＸＲＤ測定した結果を示すデータである。
【図４】実施例の試料Ｎｏ．１について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図５】実施例の試料Ｎｏ．２について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図６】実施例の試料Ｎｏ．３について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図７】実施例の試料Ｎｏ．４について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図８】実施例の試料Ｎｏ．５について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図９】実施例の試料Ｎｏ．６について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の伝導性材料は、組成として、下記成分換算のモル％表示で、ＳｎＯ2 ３．５〜２５％、Ｐ2Ｏ5 １２〜４０％、ＳｉＯ2 １０〜５０％、Ｂ2Ｏ3 １〜４０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3 ０．１〜１０％を含有することを特徴とする。上記のように、各成分の含有範囲を限定した理由を以下に示す。なお、以下の含有範囲の説明において、％表示はモル％を指す。
【００２５】
ＳｎＯ2は、所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）を析出させるための成分であり、その含有量は３．５〜２５％、好ましくは５〜２３％である。ＳｎＯ2の含有量が少な過ぎると、電気伝導率が低下し易くなる。一方、ＳｎＯ2の含有量が多過ぎると、原料バッチが溶解し難くなり、ガラスを作製し難くなる。
【００２６】
Ｐ2Ｏ5は、所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）を析出させるための成分であり、その含有量は１２〜４０％、好ましくは１５〜３５％である。Ｐ2Ｏ5の含有量が少な過ぎると、電気伝導率が低下し易くなる。一方、Ｐ2Ｏ5の含有量が多過ぎると、耐水性が低下し易くなる。
【００２７】
モル比ＳｎＯ2／Ｐ2Ｏ5を所定範囲に規制すると、析出結晶を制御し易くなる。具体的には、ＳｎＰ2Ｏ7結晶を単相で析出させて、プロトン伝導性を高めたい場合、モル比ＳｎＯ2／Ｐ2Ｏ5を０．１５〜１．６、０．３〜０．８、特に０．５〜０．８に規制することが好ましい。Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶を析出させて、プロトン・電子混合伝導性を付与したい場合、モル比ＳｎＯ2／Ｐ2Ｏ5を０．１５〜１．６、０．８〜１．６、特に１．１〜１．６に規制することが好ましい。
【００２８】
ＳｉＯ2は、ネットワークフォーマーであると共に、化学的耐久性を高める成分であり、その含有量は１０〜５０％、好ましくは２０〜５０％、より好ましくは２５〜４５％である。ＳｉＯ2の含有量が少な過ぎると、成膜し難くなり、また化学的耐久性が低下し易くなる。一方、ＳｉＯ2の含有量が多過ぎると、電気伝導率が低下し易くなると共に、粘度が不当に上昇して、溶融、成形が困難になる。
【００２９】
Ｂ2Ｏ3は、溶融性を高める成分であり、その含有量は１〜４０％、好ましくは１０〜３０％、より好ましくは１０〜２５％である。Ｂ2Ｏ3の含有量が少な過ぎると、粘度が不当に上昇して、溶融、成形が困難になる。一方、Ｂ2Ｏ3の含有量が多過ぎると、化学的耐久性が低下し易くなる。
【００３０】
Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3は、結晶化工程等で３価のカチオンがＳｎと同形置換されることにより、プロトン伝導性を高める成分である。Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3の含有量は０．１〜１５％、好ましくは１〜１２％、より好ましくは２〜１０％、更に好ましくは３〜１０％、特に好ましくは３〜７％である。Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3の含有量が少な過ぎると、電気伝導率が低下し易くなる。一方、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3の含有量が多過ぎると、粘度が不当に上昇して、溶融、成形が困難になる。なお、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3の含有量は、それぞれ１〜１２％、２〜１０％、３〜１０％、特に３〜７％が好ましい。また、原料コストの関係から、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3の中でＡｌ2Ｏ3が最も好ましい。
【００３１】
モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2は０．０８〜２．０が好ましい。モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2が小さ過ぎると、３価のカチオンの割合が少なくなって、プロトン伝導率が低下し易くなる。一方、モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2が大き過ぎると、原料バッチが溶解し難くなり、ガラスを作製し難くなる。
【００３２】
モル比Ａｌ2Ｏ3／ＳｎＯ2は０．０８〜２．０が好ましい。モル比Ａｌ2Ｏ3／ＳｎＯ2が小さ過ぎると、３価のカチオンの割合が少なくなって、プロトン伝導率が低下し易くなる。一方、モル比Ａｌ2Ｏ3／ＳｎＯ2が大き過ぎると、原料バッチが溶解し難くなり、ガラスを作製し難くなる。
【００３３】
上記成分以外にも、以下の成分を添加してもよい。
【００３４】
粘度調整、熱的安定性を高めるために、ＺｎＯを添加してもよい。ＺｎＯの含有量は０〜２５％、０〜２０％、０〜１０％、特に１〜６％が好ましい。
【００３５】
粘度調整のために、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯを添加してもよい。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量は、それぞれ０〜５％、特に０〜２％が好ましい。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量が多過ぎると、電気伝導率が低下し易くなる。
【００３６】
化学的耐久性を高めるために、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3を添加してもよい。ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3の含有量は、それぞれ０〜５％が好ましい。
【００３７】
清澄剤として、Ｓｂ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳＯ3、Ｃｌを添加してもよい。Ｓｂ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳＯ3、Ｃｌの含有量はそれぞれ０〜２％、特に０〜１％が好ましい。
【００３８】
本発明の趣旨を逸脱しない限り、その他の成分を２０％まで添加してもよい。
【００３９】
本発明の伝導性材料において、５００℃における電気伝導率は１０-6.0Ｓ／ｃｍ以上、１０-5.5Ｓ／ｃｍ以上、特に１０-5.0Ｓ／ｃｍ以上が好ましい。このようにすれば、２００〜５００℃の中温域における燃料電池に適用し易くなる。
【００４０】
本発明の伝導性材料において、プロトンの輸率は０．７以上、０．８以上、特に０．９以上が好ましい。このようにすれば、プロトン伝導の割合が上昇するため、燃料電池の電解質材料に適用し易くなる。
【００４１】
本発明の伝導性材料を製造する方法を例示する。まず上記の組成となるように、各種原料を調合する。次に、得られた原料バッチを溶融炉に投入し、加熱溶融した後、得られた溶融ガラスを成形装置に供給し、溶融ガラスを薄板状等に成形する。成形後に、必要に応じて、徐冷処理を行う。続いて、所定の温度で再加熱して、結晶化処理を行うことにより、ガラス中にＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等を析出させる。
【００４２】
溶融ガラスの成形方法として、種々の成形方法を採用することができる。例えば、ロールアウト法、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウンドロー法、フロート法、リドロー法等の成形方法を採用することができる。これらの成形方法であれば、溶融ガラスを薄板状に成形することができる。
【００４３】
本発明の伝導性材料は、８００℃以上、特に９００℃以上の溶融工程を経て作製されてなることが好ましい。このようにすれば、緻密で均一な膜を作製し易くなり、水素、メタノール、酸素等の燃料ガスのクロスオーバーを抑制し易くなる。
【００４４】
本発明の伝導性材料は、８００℃以上、特に９００℃以上の結晶化工程を経て作製されてなることが好ましい。このようにすれば、所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）が析出し易くなる。
【実施例１】
【００４５】
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
【００４６】
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１３）を示している。
【００４７】
【表１】
【００４８】
次のようにして、各試料を調製した。まず表中の組成となるように原料を調合し、原料バッチを得た。次に、得られた原料バッチをアルミナ坩堝に投入し、１６００℃で２時間溶融した後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して、板状に成形した。続いて、このガラス板を６００℃に保持した電気炉内に保持して、徐冷処理を行った。その後、９００℃、１５時間の条件で再加熱して、結晶化処理を行った。最後に、１．５ｃｍ×１．０ｃｍ×１．５ｍｍ厚に加工した後、研磨紙（＃１００、＃４００、＃２０００の順序）で表面を研磨した。得られた各試料について、ＸＲＤ、プロトンの輸率、交流導電率、及び直流導電率を測定した。その結果を表１に示す。
【００４９】
各試料につき、ＸＲＤで析出結晶を同定した。その結果を表１に示す。なお、ＸＲＤは、各試料を粉砕した上で、粉末Ｘ線回折装置で測定し、電圧３０ＫＶ、電流値１５ｍＡでＣｕターゲットにより発生したＸ線を用いて、２θ＝１０〜８０°の範囲、０．５°／分で測定した。
【００５０】
次のようにして、プロトンの輸率を測定した。まず各試料の一方の表面にＰｔをスパッタしＰｔ電極を形成した。次に、相対する他方の表面を参照側として水素１体積％雰囲気にした。続いて、一方の表面側（Ｐｔ電極側）の水素分圧を変えた時の起電力を測定した。最後に、Ｎｅｒｎｓｔの式に基づく直線の傾きにより、プロトンの輸率を算出した。
【００５１】
交流導電率は、各試料の表面にＡｇペーストによりＡｇ電極を形成した後、交流インピーダンス法にて測定した値であり、室温の水にバブリングさせたアルゴンガス（水蒸気を含む）を流しながら測定した値である。また、直流導電率も、各試料の表面にＡｇペーストによりＡｇ電極を形成した後、直流法にて測定した値であり、室温の水にバブリングさせたアルゴンガス（水蒸気を含む）を流しながら測定した値である。なお、測定温度は、５００℃、６００℃、７００℃とした。
【００５２】
図１は、実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料をＸＲＤ測定した結果を示すデータである。図１によると、実施例の試料Ｎｏ．３は、結晶化処理する前段階でアモルファスであったことが分かる。図２は、実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料を８００℃で結晶化処理した後にＸＲＤ測定した結果を示すデータである。図２によると、８００℃の結晶化処理でＳｎＰ2Ｏ7結晶が僅かに析出したことが分かる。図３は、実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料を９００℃で結晶化処理した後にＸＲＤ測定した結果を示すデータである。図３によると、９００℃の結晶化処理でＳｎＰ2Ｏ7結晶が単相で析出したことが分かる。また、図３のＸＲＤパターンは、ＳｎＰ2Ｏ7結晶（文献値）のＸＲＤパターンよりも、ＸＲＤピークが高角度側に若干シフトしていた。この事実は、ＳｎＰ2Ｏ7結晶中の４価のＳｎの一部が３価のＡｌで置換されたことを示している。図４は、実施例の試料Ｎｏ．１について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図５は、実施例の試料Ｎｏ．２について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図６は、実施例の試料Ｎｏ．３について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図７は、実施例の試料Ｎｏ．４について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図８は、実施例の試料Ｎｏ．５について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図９は、実施例の試料Ｎｏ．６について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。なお、交流導電率と直流導電率が略等しい場合は電子伝導体、交流導電率の方が高い場合はイオン伝導体であると簡易判断することができる。
【００５３】
表１、図１〜９から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１３は、組成が所定範囲内に規制されているため、ガラスマトリクス中にＳｎＰ2Ｏ7結晶又はＳｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶が析出しており、プロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有していた。
【００５４】
例えば、試料Ｎｏ．３は、プロトンの輸率がほぼ１であるため、良好なプロトン伝導体である。試料Ｎｏ．２は、不純物相が析出しているため、プロトンの輸率が１より小さかったが、プロトンの輸率が０．７程度であるため、プロトン・電子混合伝導性を有する。試料Ｎｏ．４〜６は、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12が析出しているため、プロトンの輸率が１より小さかったが、プロトンの輸率が０．７程度であるため、プロトン・電子混合伝導性を有する。
【００５５】
なお、試料Ｎｏ．１〜１３については、マスフロメータを用いた窒素ガス透過試験及びヘリウムガス透過試験において、室温でガスリークが認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の伝導性材料は、燃料電池用途だけでなく、センサー用途、リチウムイオン電池用途に適用することも可能である。なお、本発明の伝導性材料を粉末状に加工した後、耐熱性高分子に分散させて、使用に供してもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝導性材料に関し、具体的には、高いプロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有し、中温域で動作可能であり、且つ緻密な構造を有する伝導性材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電効率の理論値が高く、また廃熱も利用可能であるため、最新鋭の火力発電等と比較して、二酸化炭素を大幅に削減できると共に、十分な電気、熱の供給が可能である。また、家庭用、車載用等の小規模発電用途としては、パーフルオロアルキルスルホン酸系ポリマー（登録商標Ｎａｆｉｏｎ）等を使用した固体高分子燃料電池が注目されている。しかし、現在のところ、上記の固体高分子燃料電池は、動作温度が８０℃前後と低いため、発電効率が低い（〜３３％程度）という問題がある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、リン酸形燃料電池は、実用化に至っているが、動作温度が２００℃程度であり、また製造コストが高いという問題がある。さらに、固体酸化物形燃料電池は、動作温度が１０００℃前後と非常に高いため、燃料電池の構成部材に安価なステンレス等を使用できないという問題がある。このような事情から、２００〜５００℃の中温域で良好に動作可能な燃料電池が求められている。なお、５００℃程度まで燃料電池の動作温度を上昇できれば、発電効率と熱利用効率を合計した場合に、約８０％の総合効率達成も可能であると言われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０９７２７２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｔ．Ｎｏｒｂｙ、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｉｏｎｉｃｓ、１２５、１、１９９０
【非特許文献２】阿部良弘、ＮＥＷ ＧＬＡＳＳ、Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．３、１９９７、ｐ２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
５００℃程度まで動作温度を上昇させるには、当該温度域で高いプロトン伝導性又は酸素イオン伝導性を示す電解質の開発が不可欠になる。しかし、２００〜５００℃の中温域において、実用的な電気伝導度を有する伝導性材料は未だに報告されていないのが実情である（非特許文献１参照）。
【０００７】
このような状況の下、プロトン伝導体として、ＳｎＰ2Ｏ7結晶が注目されている。ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、岩塩型構造を有しており、ＳｎＯ6八面体とＰＯ4四面体が連なった構造を有している。この結晶中の４価のＳｎの一部を３価のカチオンで置換すると、プロトン伝導性を高めることができる。また、ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、中温域、無加湿で動作可能であり、更にはプロトン輸率が１である。このため、ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、燃料電池の電解質材料として有望である。しかし、ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、難焼結性であるため、緻密化し難い性質を有している。このため、ＳｎＰ2Ｏ7結晶は、成膜性に劣り、また燃料ガスのリークを発生させ易いという欠点を有する。
【０００８】
また、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶は、中温域でプロトン・電子混合伝導性を有するため、電子電導性が要求される電極材料に適用可能である。しかし、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶も、難焼結性であるため、緻密化し難い性質を有している。このため、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶は、電極材料に不向きである。
【０００９】
そこで、本発明は、高いプロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有すると共に、中温域で動作可能であり、しかも緻密な構造を有する伝導性材料を創案することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、鋭意研究の結果、特定成分の含有量を所定範囲に規制すれば、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明の伝導性材料は、組成として、下記成分換算のモル％表示で、ＳｎＯ2 ３．５〜２５％、Ｐ2Ｏ5 １２〜４０％、ＳｉＯ2 １０〜５０％、Ｂ2Ｏ3 １〜４０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3（Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、及びＹ2Ｏ3の合量） ０．１〜１０％を含有することを特徴とする。
【００１１】
上記のように、各成分の含有量を規制すれば、ガラス化が可能になると共に、結晶化処理を行うと、所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）を析出させることも可能になる。また、緻密化、薄膜化が容易になり、更には燃料ガスのリークを防止し易くなる。その結果、高いプロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有すると共に、中温域で動作可能であり、しかも緻密な構造を有する伝導性材料を得ることができる。
【００１２】
特に、結晶中の４価のＳｎの一部を３価のカチオン（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｙ）で置換すると、電荷補償のためのホールが形成される。このホールと水分子が反応することにより、プロトンが生成して、プロトン伝導性を高めることができる。
【００１３】
第二に、本発明の伝導性材料は、ＳｎＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3（ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、及びＹ2Ｏ3の合量）の含有量が６〜３５モル％であることが好ましい。
【００１４】
第三に、本発明の伝導性材料は、モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2が０．０８〜２．０であることが好ましい。このようにすれば、溶解性が低下する事態を防止した上で、プロトン伝導性を高め易くなる。
【００１５】
第四に、本発明の伝導性材料は、結晶化ガラスであることが好ましい。このようにすれば、ガラスマトリクス中に所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）を析出させることが可能になり、緻密化、薄膜化、膜の均一化が容易になる。
【００１６】
第五に、本発明の伝導性材料は、ＳｎＰ2Ｏ7結晶が析出していることが好ましい。このようにすれば、プロトン伝導性が向上する。
【００１７】
第六に、本発明の伝導性材料は、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶が析出していることが好ましい。このようにすれば、プロトン・電子混合伝導性を付与することが可能になる。
【００１８】
第七に、本発明の伝導性材料は、プロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有することが好ましい。
【００１９】
第八に、本発明の伝導性材料は、５００℃における電気伝導率が１０-6.0Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
第九に、本発明の伝導性材料は、燃料電池に用いることが好ましい。
【００２１】
第十に、本発明の伝導性材料は、８００℃以上の溶融工程を経て作製されてなることが好ましい。
【００２２】
第十一に、本発明の伝導性材料は、８００℃以上の結晶化工程を経て作製されてなることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料をＸＲＤ測定した結果を示すデータである。
【図２】実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料を８００℃で結晶化処理した後にＸＲＤ測定した結果を示すデータである。
【図３】実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料を９００℃で結晶化処理した後にＸＲＤ測定した結果を示すデータである。
【図４】実施例の試料Ｎｏ．１について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図５】実施例の試料Ｎｏ．２について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図６】実施例の試料Ｎｏ．３について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図７】実施例の試料Ｎｏ．４について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図８】実施例の試料Ｎｏ．５について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【図９】実施例の試料Ｎｏ．６について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の伝導性材料は、組成として、下記成分換算のモル％表示で、ＳｎＯ2 ３．５〜２５％、Ｐ2Ｏ5 １２〜４０％、ＳｉＯ2 １０〜５０％、Ｂ2Ｏ3 １〜４０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3 ０．１〜１０％を含有することを特徴とする。上記のように、各成分の含有範囲を限定した理由を以下に示す。なお、以下の含有範囲の説明において、％表示はモル％を指す。
【００２５】
ＳｎＯ2は、所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）を析出させるための成分であり、その含有量は３．５〜２５％、好ましくは５〜２３％である。ＳｎＯ2の含有量が少な過ぎると、電気伝導率が低下し易くなる。一方、ＳｎＯ2の含有量が多過ぎると、原料バッチが溶解し難くなり、ガラスを作製し難くなる。
【００２６】
Ｐ2Ｏ5は、所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）を析出させるための成分であり、その含有量は１２〜４０％、好ましくは１５〜３５％である。Ｐ2Ｏ5の含有量が少な過ぎると、電気伝導率が低下し易くなる。一方、Ｐ2Ｏ5の含有量が多過ぎると、耐水性が低下し易くなる。
【００２７】
モル比ＳｎＯ2／Ｐ2Ｏ5を所定範囲に規制すると、析出結晶を制御し易くなる。具体的には、ＳｎＰ2Ｏ7結晶を単相で析出させて、プロトン伝導性を高めたい場合、モル比ＳｎＯ2／Ｐ2Ｏ5を０．１５〜１．６、０．３〜０．８、特に０．５〜０．８に規制することが好ましい。Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶を析出させて、プロトン・電子混合伝導性を付与したい場合、モル比ＳｎＯ2／Ｐ2Ｏ5を０．１５〜１．６、０．８〜１．６、特に１．１〜１．６に規制することが好ましい。
【００２８】
ＳｉＯ2は、ネットワークフォーマーであると共に、化学的耐久性を高める成分であり、その含有量は１０〜５０％、好ましくは２０〜５０％、より好ましくは２５〜４５％である。ＳｉＯ2の含有量が少な過ぎると、成膜し難くなり、また化学的耐久性が低下し易くなる。一方、ＳｉＯ2の含有量が多過ぎると、電気伝導率が低下し易くなると共に、粘度が不当に上昇して、溶融、成形が困難になる。
【００２９】
Ｂ2Ｏ3は、溶融性を高める成分であり、その含有量は１〜４０％、好ましくは１０〜３０％、より好ましくは１０〜２５％である。Ｂ2Ｏ3の含有量が少な過ぎると、粘度が不当に上昇して、溶融、成形が困難になる。一方、Ｂ2Ｏ3の含有量が多過ぎると、化学的耐久性が低下し易くなる。
【００３０】
Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3は、結晶化工程等で３価のカチオンがＳｎと同形置換されることにより、プロトン伝導性を高める成分である。Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3の含有量は０．１〜１５％、好ましくは１〜１２％、より好ましくは２〜１０％、更に好ましくは３〜１０％、特に好ましくは３〜７％である。Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3の含有量が少な過ぎると、電気伝導率が低下し易くなる。一方、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3の含有量が多過ぎると、粘度が不当に上昇して、溶融、成形が困難になる。なお、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3の含有量は、それぞれ１〜１２％、２〜１０％、３〜１０％、特に３〜７％が好ましい。また、原料コストの関係から、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3の中でＡｌ2Ｏ3が最も好ましい。
【００３１】
モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2は０．０８〜２．０が好ましい。モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2が小さ過ぎると、３価のカチオンの割合が少なくなって、プロトン伝導率が低下し易くなる。一方、モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2が大き過ぎると、原料バッチが溶解し難くなり、ガラスを作製し難くなる。
【００３２】
モル比Ａｌ2Ｏ3／ＳｎＯ2は０．０８〜２．０が好ましい。モル比Ａｌ2Ｏ3／ＳｎＯ2が小さ過ぎると、３価のカチオンの割合が少なくなって、プロトン伝導率が低下し易くなる。一方、モル比Ａｌ2Ｏ3／ＳｎＯ2が大き過ぎると、原料バッチが溶解し難くなり、ガラスを作製し難くなる。
【００３３】
上記成分以外にも、以下の成分を添加してもよい。
【００３４】
粘度調整、熱的安定性を高めるために、ＺｎＯを添加してもよい。ＺｎＯの含有量は０〜２５％、０〜２０％、０〜１０％、特に１〜６％が好ましい。
【００３５】
粘度調整のために、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯを添加してもよい。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量は、それぞれ０〜５％、特に０〜２％が好ましい。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量が多過ぎると、電気伝導率が低下し易くなる。
【００３６】
化学的耐久性を高めるために、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3を添加してもよい。ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3の含有量は、それぞれ０〜５％が好ましい。
【００３７】
清澄剤として、Ｓｂ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳＯ3、Ｃｌを添加してもよい。Ｓｂ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳＯ3、Ｃｌの含有量はそれぞれ０〜２％、特に０〜１％が好ましい。
【００３８】
本発明の趣旨を逸脱しない限り、その他の成分を２０％まで添加してもよい。
【００３９】
本発明の伝導性材料において、５００℃における電気伝導率は１０-6.0Ｓ／ｃｍ以上、１０-5.5Ｓ／ｃｍ以上、特に１０-5.0Ｓ／ｃｍ以上が好ましい。このようにすれば、２００〜５００℃の中温域における燃料電池に適用し易くなる。
【００４０】
本発明の伝導性材料において、プロトンの輸率は０．７以上、０．８以上、特に０．９以上が好ましい。このようにすれば、プロトン伝導の割合が上昇するため、燃料電池の電解質材料に適用し易くなる。
【００４１】
本発明の伝導性材料を製造する方法を例示する。まず上記の組成となるように、各種原料を調合する。次に、得られた原料バッチを溶融炉に投入し、加熱溶融した後、得られた溶融ガラスを成形装置に供給し、溶融ガラスを薄板状等に成形する。成形後に、必要に応じて、徐冷処理を行う。続いて、所定の温度で再加熱して、結晶化処理を行うことにより、ガラス中にＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等を析出させる。
【００４２】
溶融ガラスの成形方法として、種々の成形方法を採用することができる。例えば、ロールアウト法、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウンドロー法、フロート法、リドロー法等の成形方法を採用することができる。これらの成形方法であれば、溶融ガラスを薄板状に成形することができる。
【００４３】
本発明の伝導性材料は、８００℃以上、特に９００℃以上の溶融工程を経て作製されてなることが好ましい。このようにすれば、緻密で均一な膜を作製し易くなり、水素、メタノール、酸素等の燃料ガスのクロスオーバーを抑制し易くなる。
【００４４】
本発明の伝導性材料は、８００℃以上、特に９００℃以上の結晶化工程を経て作製されてなることが好ましい。このようにすれば、所望の結晶（ＳｎＰ2Ｏ7結晶、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶等）が析出し易くなる。
【実施例１】
【００４５】
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
【００４６】
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１３）を示している。
【００４７】
【表１】
【００４８】
次のようにして、各試料を調製した。まず表中の組成となるように原料を調合し、原料バッチを得た。次に、得られた原料バッチをアルミナ坩堝に投入し、１６００℃で２時間溶融した後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して、板状に成形した。続いて、このガラス板を６００℃に保持した電気炉内に保持して、徐冷処理を行った。その後、９００℃、１５時間の条件で再加熱して、結晶化処理を行った。最後に、１．５ｃｍ×１．０ｃｍ×１．５ｍｍ厚に加工した後、研磨紙（＃１００、＃４００、＃２０００の順序）で表面を研磨した。得られた各試料について、ＸＲＤ、プロトンの輸率、交流導電率、及び直流導電率を測定した。その結果を表１に示す。
【００４９】
各試料につき、ＸＲＤで析出結晶を同定した。その結果を表１に示す。なお、ＸＲＤは、各試料を粉砕した上で、粉末Ｘ線回折装置で測定し、電圧３０ＫＶ、電流値１５ｍＡでＣｕターゲットにより発生したＸ線を用いて、２θ＝１０〜８０°の範囲、０．５°／分で測定した。
【００５０】
次のようにして、プロトンの輸率を測定した。まず各試料の一方の表面にＰｔをスパッタしＰｔ電極を形成した。次に、相対する他方の表面を参照側として水素１体積％雰囲気にした。続いて、一方の表面側（Ｐｔ電極側）の水素分圧を変えた時の起電力を測定した。最後に、Ｎｅｒｎｓｔの式に基づく直線の傾きにより、プロトンの輸率を算出した。
【００５１】
交流導電率は、各試料の表面にＡｇペーストによりＡｇ電極を形成した後、交流インピーダンス法にて測定した値であり、室温の水にバブリングさせたアルゴンガス（水蒸気を含む）を流しながら測定した値である。また、直流導電率も、各試料の表面にＡｇペーストによりＡｇ電極を形成した後、直流法にて測定した値であり、室温の水にバブリングさせたアルゴンガス（水蒸気を含む）を流しながら測定した値である。なお、測定温度は、５００℃、６００℃、７００℃とした。
【００５２】
図１は、実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料をＸＲＤ測定した結果を示すデータである。図１によると、実施例の試料Ｎｏ．３は、結晶化処理する前段階でアモルファスであったことが分かる。図２は、実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料を８００℃で結晶化処理した後にＸＲＤ測定した結果を示すデータである。図２によると、８００℃の結晶化処理でＳｎＰ2Ｏ7結晶が僅かに析出したことが分かる。図３は、実施例の試料Ｎｏ．３について、溶融、成形後の試料を９００℃で結晶化処理した後にＸＲＤ測定した結果を示すデータである。図３によると、９００℃の結晶化処理でＳｎＰ2Ｏ7結晶が単相で析出したことが分かる。また、図３のＸＲＤパターンは、ＳｎＰ2Ｏ7結晶（文献値）のＸＲＤパターンよりも、ＸＲＤピークが高角度側に若干シフトしていた。この事実は、ＳｎＰ2Ｏ7結晶中の４価のＳｎの一部が３価のＡｌで置換されたことを示している。図４は、実施例の試料Ｎｏ．１について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図５は、実施例の試料Ｎｏ．２について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図６は、実施例の試料Ｎｏ．３について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図７は、実施例の試料Ｎｏ．４について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図８は、実施例の試料Ｎｏ．５について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。図９は、実施例の試料Ｎｏ．６について、交流導電率、直流導電率を測定した結果を示すデータである。なお、交流導電率と直流導電率が略等しい場合は電子伝導体、交流導電率の方が高い場合はイオン伝導体であると簡易判断することができる。
【００５３】
表１、図１〜９から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１３は、組成が所定範囲内に規制されているため、ガラスマトリクス中にＳｎＰ2Ｏ7結晶又はＳｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶が析出しており、プロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有していた。
【００５４】
例えば、試料Ｎｏ．３は、プロトンの輸率がほぼ１であるため、良好なプロトン伝導体である。試料Ｎｏ．２は、不純物相が析出しているため、プロトンの輸率が１より小さかったが、プロトンの輸率が０．７程度であるため、プロトン・電子混合伝導性を有する。試料Ｎｏ．４〜６は、Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12が析出しているため、プロトンの輸率が１より小さかったが、プロトンの輸率が０．７程度であるため、プロトン・電子混合伝導性を有する。
【００５５】
なお、試料Ｎｏ．１〜１３については、マスフロメータを用いた窒素ガス透過試験及びヘリウムガス透過試験において、室温でガスリークが認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の伝導性材料は、燃料電池用途だけでなく、センサー用途、リチウムイオン電池用途に適用することも可能である。なお、本発明の伝導性材料を粉末状に加工した後、耐熱性高分子に分散させて、使用に供してもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成として、下記成分換算のモル％表示で、ＳｎＯ2 ３．５〜２５％、Ｐ2Ｏ5 １２〜４０％、ＳｉＯ2 １０〜５０％、Ｂ2Ｏ3 １〜４０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3 ０．１〜１０％を含有することを特徴とする伝導性材料。
【請求項２】
ＳｎＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3の含有量が６〜３５モル％であることを特徴とする請求項１に記載の伝導性材料。
【請求項３】
モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2が０．０８〜２．０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の伝導性材料。
【請求項４】
結晶化ガラスであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項５】
ＳｎＰ2Ｏ7結晶が析出していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項６】
Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶が析出していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項７】
プロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項８】
５００℃における電気伝導率が１０-6.0Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項９】
燃料電池に用いることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項１０】
８００℃以上の溶融工程を経て作製されてなることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項１１】
８００℃以上の結晶化工程を経て作製されてなることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項１】
組成として、下記成分換算のモル％表示で、ＳｎＯ2 ３．５〜２５％、Ｐ2Ｏ5 １２〜４０％、ＳｉＯ2 １０〜５０％、Ｂ2Ｏ3 １〜４０％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3 ０．１〜１０％を含有することを特徴とする伝導性材料。
【請求項２】
ＳｎＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3の含有量が６〜３５モル％であることを特徴とする請求項１に記載の伝導性材料。
【請求項３】
モル比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3）／ＳｎＯ2が０．０８〜２．０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の伝導性材料。
【請求項４】
結晶化ガラスであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項５】
ＳｎＰ2Ｏ7結晶が析出していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項６】
Ｓｎ2.5Ｐ3Ｏ12結晶が析出していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項７】
プロトン伝導性又はプロトン・電子混合伝導性を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項８】
５００℃における電気伝導率が１０-6.0Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項９】
燃料電池に用いることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項１０】
８００℃以上の溶融工程を経て作製されてなることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の伝導性材料。
【請求項１１】
８００℃以上の結晶化工程を経て作製されてなることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の伝導性材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２４４９０（Ｐ２０１２−２２４４９０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９２０４３（Ｐ２０１１−９２０４３）
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（５９２２１６３８４）兵庫県 (258)
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（５９２２１６３８４）兵庫県 (258)
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]