提供了一种利用具有RP结构的复合氧化物的固体电解质、固体电解质膜、利用固体电解质的燃料电池单元以及燃料电池，该固体电解质用于实现燃料电池的高电动势和增强的电流-电压特性，具有提高的离子传导性和充分抑制的电子传导性，并且能够插入大量的水和羟基。本发明专利技术的固体电解质和固体电解质膜通过对具有RP结构的特定复合氧化物或其膜进行羟基化和水合处理中至少之一的处理来获得，并且固体电解质和固体电解质膜具有以下物理特性：与在250℃下通过TG测量确定的质量相比，在400℃下通过TG测量确定的质量减小4.0%以上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供了一种利用具有RP结构的复合氧化物的固体电解质、固体电解质膜、利用固体电解质的燃料电池单元以及燃料电池，该固体电解质用于实现燃料电池的高电动势和增强的电流-电压特性，具有提高的离子传导性和充分抑制的电子传导性，并且能够插入大量的水和羟基。本专利技术的固体电解质和固体电解质膜通过对具有RP结构的特定复合氧化物或其膜进行羟基化和水合处理中至少之一的处理来获得，并且固体电解质和固体电解质膜具有以下物理特性：与在250℃下通过TG测量确定的质量相比，在400℃下通过TG测量确定的质量减小4.0%以上。【专利说明】固体电解质、固体电解质膜、燃料电池单元以及燃料电池
本专利技术涉及固体电解质、固体电解质膜、燃料电池单元以及具有燃料电池单元的燃料电池。
技术介绍
燃料电池已经被期望作为具有高能量转换率和低环境负担的电力生成源来投入实际使用。燃料电池的已知例子有包括固体电解质膜和催化剂层的单元。已经提出了一种聚合物电解质燃料电池，其使用聚合物电解质膜作为固体电解质膜并且能够在低达约80V的温度下工作。然而，由于大量使用昂贵的钼(Pt)作为催化剂层的催化金属，因而成本已经阻碍了聚合物电解质燃料电池的实际使用。为了燃料电池的实际使用，已经提出了减少Pt的使用(例如在专利公开文献I中)。然而，在专利公开文献I中公开的没有Pt的燃料电池需要肼(N2H4)作为燃料，而肼具有刺激性气味并且易燃，这产生了安全性和其他问题。作为该问题的解决方案，提出了一种技术，其中使用复合金属氧化物作为固体电解质。然而，由于在燃料电池中使用的固体电解质通常需要具有离子传导性，因而复合金属氧化物的使用需要用于表现其离子传导性的技术。在这方面,专利公开文献2提出了一种燃料电池,其使用具有Ruddlesden-Popper型结构的LaSr3Fe3Oltl作为复合金属氧化物的固体电解质，并且能够在甚至低达约20?80°C的条件下实现强的电动势。该公开文献提出了通过例如在约1400?1500°C下煅烧所预焙的LaSr3Fe3Oltl片(pellet)并且对该煅烧的片进行蒸汽处理，优选地氢还原和蒸汽处理，以插入水或羟基，来增强该燃料电池中使用的固体电解质的离子传导性。专利公开文献2教导了 LaSr3Fe3Oltl固体电解质的蒸汽处理优选地在20?150°C和30?100%的相对湿度、0.1?IMPa的压力下进行3?48小时，特别优选地在25°C和100%的相对湿度、0.1MPa的压力下进行3小时。另一方面，非专利公开文献I报告了可以利用热重(TG)分析来确定通过上述蒸汽处理插入固体电解质中的水或羟基的量。具体地，该公开文献公开了在其结构中包括水的NdSr3Fe3O8.5中，水作为自由水或羟基存在，其对应于通过TG分析确定的质量损失的两个阶段，即表示自由水脱离的在90°C之上的质量损失和表示羟基脱离的在约250°C的质量损失。通过TG分析确定的插入固体电解质中的水或羟基的量实际上确定的是专利公开文献2中公开的LaSr3Fe3Oltl,以及其图15示出了 20°C?400°C的质量损失略微大于1%。这种质量损失不能代表足够量的水或羟基插入固体电解质中，并且期望进一步增强固体电解质的离子传导性。专利公开文献I JP-2006-244961-A专利公开文献2:W02010/007949非专利公开文献1:D.Pelloquin 等.Chem.Mater.1715-1724，16(2004)
技术实现思路
本专利技术的目标是提供从具有Ruddlesden-Popper型结构的复合氧化物获得的固体电解质、固体电解质膜以及利用固体电解质的燃料电池单元，该电解质用于实现燃料电池的强电动势和增强的电流-电压特性，具有提高的离子传导性和充分抑制的电子传导性，并且能够插入大量的水或羟基。本专利技术的另一目标是提供一种燃料电池，该燃料电池甚至在低温下也能够提供强的电动势和增强的电流-电压特性。本专利技术人试图实现以上目标，已经发现使用特定复合氧化物或其膜作为固体电解质或固体电解质膜，对其进行羟基化和水合处理中至少之一的特定处理，产生一种固体电解质，其与专利公开文献2中公开的固体电解质及其膜相比，具有更高的离子传导性和充分抑制的电子传导性，并且能够插入更大量的水和羟基，从而完成本专利技术。根据本专利技术，提供一种固体电解质，其通过对由公式(I)或(2)表示的具有Ruddlesden-Popper (以下有时简称为RP)型结构的复合氧化物进行羟基化和水合处理中至少之一的处理而获得，其中固体电解质具有以下物理特性:与在250°C下通过热重(TG)测量确定的质量相比，在400°C下通过TG测量确定的质量小4.0%以上:(ABO3)n-AO (I)An+1Bn03n+1 (2)其中A代表过渡金属元素和至少一种稀土元素；B仅代表Fe，或者代表Co、Mn、Cu、T1、Pd、N1、Nb和Ta中至少之一以及Fe ;以及η表示I?3的整数。根据本专利技术，还提供一种包括固体电解质的固体电解质膜。根据本专利技术，还提供一种固体电解质膜，其通过将由以上公式(I)或(2 )表示的具有RP型结构的复合氧化物形成为膜并对所述膜进行羟基化和水合处理中至少之一的处理而获得，其中所述固体电解质膜具有以下物理特性:与在250°C下通过TG测量确定的质量相比，在400°C下通过TG测量确定的质量小4.0%以上。根据本专利技术，还提供一种包括固体电解质膜的燃料电池单元。根据本专利技术，还提供一种包括燃料电池单元的燃料电池。具有上述构造的根据本专利技术的固体电解质或固体电解质膜实现了足够高的离子传导性和低的内部电阻。通过使用这种固体电解质或固体电解质膜，可以制造以下燃料电池，其甚至在低温下也会提供足够强的电动势和增强的电流-电压特性。【专利附图】【附图说明】图1是根据本专利技术的燃料电池的实施例的示意说明图。图2是示出在实例I中制备的固体电解质膜(片)的利用X射线衍射(XRD)的结构分析的结果的图。图3是示出在实例1、比较实例I和2中制备的燃料电池的电流-电压特性的图。图4是示出在比较实例I中制备的固体电解质膜(片)的利用X射线衍射(XRD )的结构分析的结果的图。图5是示出在比较实例2中制备的固体电解质膜(片)的利用X射线衍射(XRD )的结构分析的结果的图。图6是示出在实例1、比较实例I和2中进行的TG测量的结果的图。【具体实施方式】现在将详细说明本专利技术。根据本专利技术的固体电解质或固体电解质膜通过对由上述公式(I)或(2)表示的具有RP型结构的复合氧化物或由该复合氧化物形成的膜进行羟基化和水合作用中至少之一的处理(以下有时称为“水合/羟基化处理”)来获得。RP型结构是钙钛矿层ABO3和岩盐层AO交替堆叠的层状结构。在公式(I)或(2)中，A代表过渡金属元素和至少一种稀土元素，B仅代表Fe，或者代表Co、Mn、Cu、T1、Pd、N1、Nb和Ta中至少之一以及Fe，η表示I?3的整数。该复合氧化物的实例可以包括LaSr3Fe3Oltl和LaSr3Fe1.5Co1501(l。复合氧化物可以例如通过固相反应被制备。LaSr3Fe3Oltl可以例如通过将规定量的氧化镧、碳酸锶和氧化铁放入球磨机中并充分均匀地混合这些成分以获得样品来制备。样品被模制成片本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：松田基史，室田忠俊，竹口竜弥，
申请(专利权)人：株式会社三德，国立大学法人北海道大学，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。