プラズマ溶射法により作成した固定酸化物型燃料電池用Ca²⁺置換ランタンクロマイト膜セパレーターのキャラクタリゼーション

抄録

平板型支持膜方式固体酸化物型燃料電池の複合セラミックスセパレーターを，La(Sr)MnO₃基板とそれにプラズマ溶射されるLa(Ca)CrO₃溶射膜で形成した．La(Ca)CrO₃の組成がLa_0.7Ca_0.35Cr_0.95O₃とLa_0.8Ca_0.22Cr_0.98O₃の溶射膜のガス透過率は10⁻⁷–10⁻⁶ cm⁴ g⁻¹ s⁻¹であり，SEM観察で溶射膜表面にはひび割れが観察された．しかしこれらの溶射膜を1473 Kで大気中2時間焼成したところ，ひび割れは消失してち密質の焼結体が観察され，ガス透過率は1 × 10⁻⁸ cm⁴ g⁻¹ s⁻¹以下に向上した．また組成によらず溶射材粉末や溶射膜にはXRDでCaCrO₄やLa₂CrO₆の第二相が観察され，焼結膜ではそれらが消失してLa₂O₃とCaOが観察された．またLa_0.7Ca_0.35Cr_0.95O₃では焼結膜の格子定数は溶射膜のものより大きく，La_0.8Ca_0.22Cr_0.98O₃ではほとんど変わらなかった．さらにWDX-SEMによる焼結膜断面の組成分析から，特にLa_0.7Ca_0.35Cr_0.95O₃焼結膜では表面にCaOの生成が観察された．このようにCa²⁺をドープしたLa(Ca)CrO₃溶射膜は溶射膜の熱処理過程で第二相成分が融解してLa(Ca)CrO₃の焼結が促進され，溶射膜はち密化して，CaO等は第二相成分の分解や溶射膜の焼結過程で生成されるものと推察された．これらにより固体酸化物型燃料電池のセパレーター材には電子伝導度に劣るCaOの生成が少ないLa_0.8Ca_0.22Cr_0.98O₃を用いるのがよいことがわかった．