高穩定性氧化鉍系氧離子導體

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

096149365

專利證號

I 373879

專利獲證名稱

高穩定性氧化鉍系氧離子導體

專利所屬機關 (申請機關)

國立成功大學

獲證日期

2012/10/01

技術說明

固態電解質及氧氣感測器為具有離子導電特性之導電材料，在實際應用上需具備高導電性及穩定性。目前電化學電池裝置的電解質及氧氣感測器材料以CaF2(fluorite)結構釔安定的氧化鋯(Yttria Stabilized Zirconia，YSZ)最普遍。然而YSZ要達到0.02S/cm以上的導電率，必須要加熱至800℃以上。如此高的操作溫度，造成週邊材料選擇困難。所以，如果要增加實用性，就必須要尋求具有更高氧離子導電率的離子導體，來增加其較低溫的用途，以解決週邊材料選擇及製造的問題，同時改善元件的效率和耐久性。目前所知，氧離子導電率最高之氧化物為具有立方氟化鈣結構的高溫d相的氧化鉍（d-Bi2O3），但其結構在低於723℃以下之溫度並不穩定，必須藉由稀土氧化物（Er2O3、Y2O3、Gd2O3）的添加來增加立方相的穩定性，然而這些固溶體在還原氣氛或低氧分壓的環境下，易被還原成金屬。理論上，要獲得立方晶系氟化鈣結構的Bi2O3系固溶體，可減少氧離子空缺濃度或降低平均陽離子半徑。在本發明中，以固態反應法混合Nb2O5與Bi2O3，經燒結之後，可獲得立方晶系氟化鈣結構。氧化鈮添加劑對氧化鉍系固態電解質抗還原性的評估，具有立方晶系氟化鈣結構及相同陽離子計量比的Y2O3-Bi2O3及Nb2O5-Bi2O3固溶體，在5％H2-95％Ar的還原氣氛中400℃持溫5小時，由圖一至四的XRD繞射圖及SEM圖發現，Y2O3-Bi2O3固溶體有金屬Bi析出，而Nb2O5-Bi2O3固溶體的晶體結構則維持穩定。因此，添加Nb2O5陽離子的氧化鉍系固溶體在還原氣氛下的穩定性較添加相同數量3價陽離子的固溶體為佳。

備註

本部(收文號1050019163)同意該校105年3月18日成大研總字第1054500179號函申請終止維護專利

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