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DE19735781A1 - Scandium-stabilised zirconium oxide contains an added metal oxide - Google Patents

Scandium-stabilised zirconium oxide contains an added metal oxide

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Publication number
DE19735781A1
DE19735781A1 DE19735781A DE19735781A DE19735781A1 DE 19735781 A1 DE19735781 A1 DE 19735781A1 DE 19735781 A DE19735781 A DE 19735781A DE 19735781 A DE19735781 A DE 19735781A DE 19735781 A1 DE19735781 A1 DE 19735781A1
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DE
Germany
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scandium
oxide
electrolyte
electrode
metal oxide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19735781A
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German (de)
Inventor
Frank Dr Tietz
Aristidis Dr Naoumidis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority to DE19735781A priority Critical patent/DE19735781A1/en
Publication of DE19735781A1 publication Critical patent/DE19735781A1/en
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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Abstract

Scandium-stabilized zirconium oxide contains a dissolved metal oxide, the cation of which has an ionic radius which is less than that of zirconium but greater than that of aluminium. Also claimed are an electrode/electrolyte/electrode unit in which one electrode and/or the electrolyte consists of the above scandium-stabilized zirconium oxide; and a high temperature fuel cell with the above electrode/electrolyte/electrode unit. Preferred Feature: The cation has an oxidation state of 4 and is selected from Cr, Mn, Sn, Tb and Ti.

Description

Die Erfindung betrifft Scandium-stabilisiertes Zirkoniumoxid mit einem zugesetzten Metalloxid. Ein solcher Werkstoff wird z. B. für eine Komponente einer Hochtemperaturbrennstoffzelle vorgesehen.The invention relates to scandium-stabilized Zirconium oxide with an added metal oxide. Such a material is used for. B. for a component a high temperature fuel cell is provided.

Es ist aus DE 195 47 700 bekannt, Yttrium- stabilisiertes Zirkoniumoxid in oxidkeramischen Hochtemperaturbrennstoffzellen als Elektrolyt oder Elektrodenwerkstoff einzusetzen.It is known from DE 195 47 700, yttrium stabilized zirconium oxide in oxide ceramics High temperature fuel cells as electrolyte or Use electrode material.

Um Korrosions- und Interdiffusionsprozesse in einer oxidkeramischen Brennstoffzelle zu minimieren, wird versucht, die Betriebstemperatur von etwa 1000°C auf 700-800°C abzusenken. Nachteilhaft wird hierdurch die Leistung der Brennstoffzelle herabgesetzt.Corrosion and interdiffusion processes in one to minimize oxide ceramic fuel cells tried the operating temperature of around 1000 ° C Lower 700-800 ° C. This is disadvantageous Performance of the fuel cell reduced.

Um dennoch zu guten Leistungen zu gelangen, werden bei­ spielsweise sehr dünne Elektrolytmembranen aus 8 mol-% Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumoxid (8YSZ) vorge­ sehen. Der Elektrolytwiderstand wird so verringert. Die Verringerung des Elektrolytwiderstandes führt zu einem Anstieg der Leistung der Brennstoffzelle. In order to nevertheless achieve good performances, at for example very thin electrolyte membranes made of 8 mol% Yttria-stabilized zirconia (8YSZ) pre see. The electrolyte resistance is reduced. The Reducing the electrolyte resistance leads to a Increase in the performance of the fuel cell.  

Ergänzend oder alternativ werden zur Erzielung guter Leistungen ionisch besser leitende Elektrolytwerkstoffe eingesetzt.In addition or alternatively, to achieve good ones Performance of ionically better conductive electrolyte materials used.

Aus der Druckschrift "Y. Mizutani, M. Tamura, M. Kawai, O. Yamamoto, Solid State Ionics 72 (1994) 271" ist be­ kannt, daß ein Scandiumoxid-haltiges Zirkoniumoxid, das geringe Zusätze von Aluminiumoxid enthält, die ge­ wünschte verbesserte ionische Leitfähigkeit bei einer gleichzeitig verbesserten Langzeitstabilität der elek­ trischen Eigenschaften aufweist. Der Scandiumoxidgehalt beträgt beim vorgenannten Werkstoff 10-12 Mol-% und der Aluminiumoxidgehalt 0,1-10 Mol-%.From the publication "Y. Mizutani, M. Tamura, M. Kawai, O. Yamamoto, Solid State Ionics 72 (1994) 271 "is be knows that a scandium oxide-containing zirconium oxide contains minor additions of aluminum oxide, the ge wanted improved ionic conductivity at one at the same time improved long-term stability of the elek has tric properties. The scandium oxide content is 10-12 mol% for the aforementioned material and Alumina content 0.1-10 mol%.

Es wurde festgestellt, daß das dem Scandiumoxid-halti­ gen Zirkoniumoxid zugesetzte Aluminiumoxid eine Stabi­ lisierung der kubischen, gut leitenden Fluoritphase be­ wirkt. Aluminium ist allerdings nachteilhaft ein sehr reaktives Element. Es sind daher in einer Hochtempera­ turbrennstoffzelle unerwünschte chemische Wechselwir­ kungen zwischen dem reaktiven Element, also dem Aluminium und den übrigen Werkstoffen und zwar insbesondere dem Kathodenwerkstoff zu erwarten.It was found that the scandium oxide content alumina added to zirconium oxide a stabilizer lization of the cubic, highly conductive fluorite phase works. However, aluminum is a very disadvantageous reactive element. It is therefore in a high temperature Fuel cell undesirable chemical interactions between the reactive element, i.e. the Aluminum and the other materials, namely to be expected in particular the cathode material.

Aus der Druckschrift "T. Ishii, T. Iwata, Y. Tajima, in: Proc. 3rd Int. Symp. SOFC (SOFC-III), Hrgg. S. C. Singhal, H. Iwahara (1993) S. 59" ist bekannt, daß Ma­ terialien ohne Aluminiumoxid eine kubisch - rhomboedri­ sche Phasenumwandlung bei etwa 600-660°C zeigen. Die Phasenumwandlung hat bei der Herstellung einer Brenn­ stoffzelle zerstörerisch wirkende mechanische Span­ nungen zur Folge. From the publication "T. Ishii, T. Iwata, Y. Tajima, in: Proc. 3rd Int. Symp. SOFC (SOFC-III), ed. S. C. Singhal, H. Iwahara (1993) p. 59 "it is known that Ma materials without aluminum oxide a cubic - rhomboedri Show phase transition at about 600-660 ° C. The Phase change has in the manufacture of a focal material cell destructive mechanical chip results.  

Aus der Druckschrift "S. P. S. Badwal, J. Mater. Sci. 18 (1983) 3117" ist bekannt, daß die vorgenannte nach­ teilhafte Phasenumwandlung im Werkstoff 8 mol-% Scandiumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid (8ScSZ) nicht auftritt. Die ionische Leitfähigkeit ist jedoch bei diesem Scandiumoxidgehalt niedriger als für Zirkonium­ oxide mit einem Anteil von 10-12 Mol-% Scandiumoxid.From the publication "S. P. S. Badwal, J. Mater. Sci. 18 (1983) 3117 "it is known that the aforementioned after partial phase change in the material 8 mol% Scandium oxide stabilized zirconium oxide (8ScSZ) not occurs. However, the ionic conductivity is at this scandium oxide content is lower than for zirconium oxides with a proportion of 10-12 mol% scandium oxide.

Eigene Untersuchungen mit 10,5 Mol-% Scandiumoxid und 1 Mol-% Aluminiumoxid (stöchiometrische Zusammensetzung (ZrO2)0,885 (Sc2O3)0,105 (Al2O3)0,01, im folgenden als 10ScSZAl abgekürzt) haben jedoch gezeigt, daß der Erhalt eines einphasigen, kubischen Werkstoffes stark von den Sinterbedingungen abhängt. Erst oberhalb von Sin­ tertemperaturen von 1500°C werden Pulver mit dieser Zusammensetzung durch das Aluminiumoxid in ihrer Kri­ stallstruktur stabilisiert. In einem Sintertemperatur­ bereich von 1200-1400°C erhält man einen zweiphasigen Werkstoff aus rhomboedrischem und kubischem 10ScSZAl. Die Zweiphasigkeit setzt die ionische Leitfähigkeit nachteilhaft herab.However, our own investigations with 10.5 mol% scandium oxide and 1 mol% aluminum oxide (stoichiometric composition (ZrO 2 ) 0.885 (Sc 2 O 3 ) 0.105 (Al 2 O 3 ) 0.01 , hereinafter abbreviated as 10ScSZAl) have shown that the preservation of a single-phase, cubic material depends strongly on the sintering conditions. Only above sintering temperatures of 1500 ° C are powders with this composition stabilized by the aluminum oxide in their crystal structure. In a sintering temperature range of 1200-1400 ° C you get a two-phase material made of rhombohedral and cubic 10ScSZAl. The two-phase disadvantageously lowers the ionic conductivity.

Elektrolytwerkstoffe werden in der Regel oberhalb von 1500°C gesintert. Der Elektrolyt weist daher in der Regel keine nachteilhafte Zweiphasigkeit auf. Elektroden werden in der Regel in dem Temperaturbereich gesintert, in dem die Zweiphasigkeit von 10ScSZAl be­ obachtet wurde. Dieser Temperaturbereich wird gewählt, um eine genügende Porosität für die durchströmenden Gase zu gewährleisten. Da auch die elektrischen Eigenschaften signifikant von der Sintertemperatur abhängen und das Auftreten der verschiedenen Phasen widerspiegeln, kann eine Verbesserung der Elek­ trodenkinetik aufgrund der geringeren Leitfähigkeit bei niedrigeren Sintertemperaturen nicht erreicht werden. Eine niedrige Sintertemperatur hat eine schlechte Elektrodenkinetik aufgrund geringer Ionenleitung zur Folge. Zudem führt die Phasenumwandlung des 10ScSZAl in den Elektroden im ungünstigsten Fall zu einer teilweisen Delamination der Elektroden vom Elektrolyten.Electrolyte materials are usually above 1500 ° C sintered. The electrolyte therefore points in the Usually, no disadvantageous two-phase. Electrodes are usually in the temperature range sintered in which the two-phase of 10ScSZAl be was taken care of. This temperature range is chosen a sufficient porosity for the flowing through Ensure gases. Since also the electrical Properties significant from the sintering temperature  depend and the appearance of the different phases may reflect an improvement in the elec trode kinetics due to the lower conductivity lower sintering temperatures cannot be achieved. A low sintering temperature has a bad one Electrode kinetics due to low ion conduction Episode. In addition, the phase change of the 10ScSZAl in the electrodes in the worst case partial delamination of the electrodes from Electrolytes.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines io­ nisch leitfähigen Werkstoffes, der gegenüber den vorge­ nannten Werkstoffen verbesserte Eigenschaften aufweist.The object of the invention is to provide an io nically conductive material that compared to the pre mentioned materials has improved properties.

Die Aufgabe wird durch ein Scandium-stabilisiertes Zir­ koniumoxid gelöst, dem ein Metalloxid zugesetzt ist. Das Metalloxid ist im Sc-ZrC2 gelöst. Das Kation des zugesetzten Metalloxids weist einen kleineren Ionenradius als der des Zirkoniums auf. Das Kation des zugesetzten Metalloxids weist ferner einen größeren Ionenradius als der des Aluminiums auf.The task is solved by a scandium-stabilized zirconium oxide, to which a metal oxide is added. The metal oxide is dissolved in the Sc-ZrC 2 . The cation of the added metal oxide has a smaller ionic radius than that of the zirconium. The cation of the added metal oxide also has a larger ionic radius than that of the aluminum.

Der anspruchsgemäße Ionenradius des Kations bewirkt eine Stabilisierung der kubischen Struktur des Werkstoffes. Die kubische Struktur tritt auch dann auf, wenn der Werkstoff zuvor bei Temperaturen unterhalb von 1500°C gesintert wurde. Die kubische Struktur gewährleistet eine gute ionische Leitfähigkeit. Eine zweite Phase und damit einhergehende Spannungen werden im Werkstoff so vermieden. Es ist daher möglich, z. B. Elektroden mit verbesserten elektrischen Eigenschaften trotz Sinterung bei "niedrigen" (d. h. nach dem Stand der Technik üblichen) Temperaturen herzustellen. Es ist ferner aus vergleichbaren Gründen von Vorteil, Sensoren oder Sauerstoffpumpen für eine O2-Gewinnung aus dem anspruchsgemäßen Werkstoff zu fertigen.The demanding ionic radius of the cation stabilizes the cubic structure of the material. The cubic structure also occurs if the material has previously been sintered at temperatures below 1500 ° C. The cubic structure ensures good ionic conductivity. A second phase and the associated stresses are avoided in the material. It is therefore possible, for. B. electrodes with improved electrical properties despite sintering at "low" (ie according to the prior art) temperatures. It is also advantageous for comparable reasons to manufacture sensors or oxygen pumps for O 2 production from the material according to the claims.

Vorteilhaft weist das Kation eine Oxidationsstufe 4 auf. Die Vierwertigkeit (Oxidationsstufe 4) stellt sicher, daß das Kation mit dem Zirkonium chemisch ver­ wandt ist. Die chemische Verwandtschaft vermeidet nachteilhafte chemische Wechselwirkungen, die insbesondere bei den in einer Hochtemperatur­ brennstoffzelle herrschenden Temperaturen auftreten können.The cation advantageously has an oxidation state 4 . The tetravalence (oxidation level 4 ) ensures that the cation is chemically related to the zirconium. The chemical relationship avoids disadvantageous chemical interactions, which can occur in particular at the temperatures prevailing in a high-temperature fuel cell.

Chrom, Mangan, Zinn, Terbium oder Titan können als Kation vorgesehen sein. Dem Werkstoff wird also Cr2O3, MnO2, SnO2, Tb4O7 oder TiO2 zugegeben. Titanoxid erwies sich als besonders geeignet, da die kubische Struktur hierdurch am besten stabilisiert wird. Es gilt: Je ähnlicher der Ionenradius des Kations dem Ionenradius des Zirkoniums ist, desto besser wird die gewünschte stabilisierende Wirkung in Bezug auf die kubische Struktur erzielt.Chromium, manganese, tin, terbium or titanium can be provided as the cation. Cr 2 O 3 , MnO 2 , SnO 2 , Tb 4 O 7 or TiO 2 is therefore added to the material. Titanium oxide turned out to be particularly suitable because it is the best way to stabilize the cubic structure. The following applies: The more similar the ion radius of the cation to the ion radius of zirconium, the better the desired stabilizing effect with regard to the cubic structure is achieved.

Insbesondere eine Elektroden-Elektrolyt-Elektroden-Ein­ heit für Hochtemperaturbrennstoffzellen weist den anspruchsgemäßen Werkstoff auf.In particular an electrode-electrolyte-electrode-on unit for high-temperature fuel cells shows that demanding material.

Aus der Druckschrift "R. Wilkenhöner, W. Malléner, H. P. Buchkremer, Th. Hauber, U. Stimming, in: Proc. 2nd Eur. SOFC Forum, Hrg. B. Thorstensen (1996) S. 279" ist nämlich bekannt, daß die Elektroden deutlich bessere elektrochemische Eigenschaften zeigen, wenn sie aus einem Verbund aus Elektroden- und Elektrolytmaterial hergestellt werden. Der Verbund besteht beispielsweise in der Kathode aus(LaSr)MnO3 und YSZ. Der YSZ- Elektrolyt ist eine Komponente der Elektrode.From the publication "R. Wilkenhöner, W. Malléner, HP Buchkremer, Th. Hauber, U. Stimming, in: Proc. 2nd Eur. SOFC Forum, Hrg. B. Thorstensen (1996) p. 279" it is known that the electrodes show significantly better electrochemical properties if they are made from a composite of electrode and electrolyte material. The composite consists, for example, of (LaSr) MnO 3 and YSZ in the cathode. The YSZ electrolyte is a component of the electrode.

Die Verbesserung der elektrochemischen Eigenschaften resultiert im wesentlichen auf der Herabsetzung der Grenzflächen-Überspannung durch die Verteilung des Stromflusses auf eine größere Anzahl von Leitungspfaden.The improvement of the electrochemical properties essentially results in the reduction of the Interface overvoltage due to the distribution of the Current flow to a larger number of Conduction paths.

Wird die Überspannung nun durch die anspruchsgemäß verbesserte Leitfähigkeit des Elektrodenwerkstoffes weiter erniedrigt, verbessert dies zusätzlich die Elektrodenreaktionskinetik in dem Elektroden- Elektrolyt-Verbund.The surge is now due to the demanding improved conductivity of the electrode material further lowered, this also improves the Electrode reaction kinetics in the electrode Electrolyte compound.

Vorteilhaft ist das anspruchsgemäße Scandium­ stabilisierte Zirkoniumoxid so ausgestaltet, daß der Gehalt des gelösten Metalloxids 0,1-10 Mol-% bei einer Anwendung in Brennstoffzellen oder Sensoren und 0,1-30 Mol-% bei einer Anwendung in Sauerstoffpumpen beträgt.The sophisticated scandium is advantageous Stabilized zirconia designed so that the content of the dissolved metal oxide at 0.1-10 mol% an application in fuel cells or sensors and 0.1-30 mol% when used in oxygen pumps is.

AusführungsbeispielEmbodiment

Um höhere Sinterdichten zwecks Herstellung gasdichter Elektrolytschichten zu erzielen, wurden dem 10ScSZAl- Werkstoff Metalloxide (MeO) in geringen Mengen (0 bis 10 Gew.-%) zugefügt [(Sc,Al,Zr)O2 + x.MeO)]. Es stellte sich heraus, daß die Metalloxide entscheidenden Einfluß auf die Stabilisierung der kubischen Kristallstruktur haben: SrO und MgO erhöhen den Anteil an rhomboedrischer Phase. Insbesondere Titanoxid stabilisiert die kubische Phase.In order to achieve higher sintered densities for the production of gas-tight electrolyte layers, metal oxides (MeO) were added to the 10ScSZAl material in small amounts (0 to 10% by weight) [(Sc, Al, Zr) O 2 + x.MeO)]. It turned out that the metal oxides have a decisive influence on the stabilization of the cubic crystal structure: SrO and MgO increase the proportion of rhombohedral phase. Titanium oxide in particular stabilizes the cubic phase.

Daraufhin wurde die Zusammensetzung durch verschiedene Zusätze von MeO so modifiziert, daß Zr durch Me=Cr, Mn, Sn, Tb oder Ti ersetzt wurde. Es wurde auf diese Weise ein zweiphasiger, unterhalb von 1500°C gesinterter Elektrolytwerkstoff vermieden. Dabei wurde der Gehalt der zugesetzten MeO im Sinne der Summenformel (ZrO2)0,885-x(MeO)x(Sc2O3)0,105(Al2O2)0,01 konstant gehalten. Als wirkungsvollster Zusatz zur Vermeidung eines zweiphasigen Werkstoffs hat sich Titanoxid erwiesen (MeO = TiO2).The composition was then modified by various additions of MeO so that Zr was replaced by Me = Cr, Mn, Sn, Tb or Ti. In this way, a two-phase electrolyte material sintered below 1500 ° C. was avoided. The content of the MeO added was kept constant in the sense of the molecular formula (ZrO 2 ) 0.885-x (MeO) x (Sc 2 O 3 ) 0.105 (Al 2 O 2 ) 0.01 . Titanium oxide (MeO = TiO 2 ) has proven to be the most effective additive to avoid a two-phase material.

Als Beispiel werden im folgenden die Ergebnisse präsen­ tiert, die an einem Werkstoff mit der Zusammensetzung (ZrO2)0,835(TiO2)0,05(Sc2O3)0,105(Al2O3)0,01 erhalten wurden und der im weiteren als 10ScSZ5TiAl bezeichnet wird.As an example, the results are presented below, which were obtained on a material with the composition (ZrO 2 ) 0.835 (TiO 2 ) 0.05 (Sc 2 O 3 ) 0.105 (Al 2 O 3 ) 0.01 and that in further referred to as 10ScSZ5TiAl.

Durch Röntgenbeugungsuntersuchungen wurde festgestellt, daß Sinterungen im Temperaturbereich von 900-1600°C immer einphasige Proben mit kubischer Fluoritstruktur bewirkten. Die aus den Röntgendiffraktogrammen berech­ neten Gitterkonstanten sind in Fig. 1 gezeigt. Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Gitterkonstante ac von der Sintertemperatur. Für 10ScSZAl ergibt sich bei etwa 1000-1200°C ein Maximum von ac, das sowohl bei sprüh­ getrockneten (∎) als auch bei ammoniakalisch gefällten Pulvern () beobachtet wird. Dagegen hängt die Gitterkonstante für 10ScSZ5TiAl nicht von der Sintertemperatur ab (⚫: sprühgetrocknetes Pulver, ○: ammoniakalisch gefälltes Pulver).X-ray diffraction studies found that sintering in the temperature range of 900-1600 ° C always caused single-phase samples with a cubic fluorite structure. The lattice constants calculated from the X-ray diffractograms are shown in FIG. 1. Fig. 1 shows the dependence of the lattice constant a c on the sintering temperature. For 10 ScSZAl there is a maximum of a c at about 1000-1200 ° C, which is observed both with spray dried (∎) and with ammoniacal powder (). In contrast, the lattice constant for 10ScSZ5TiAl does not depend on the sintering temperature (⚫: spray-dried powder, ○: ammoniacal powder).

Bei einer Sprühtrocknung wird eine wäßrige Nitratsalzlösung der betreffenden Kationen einem Reaktor von unten zugeführt. Am Ende der Zuführung wird ein heißer Luftstrom hinzugeleitet. Bei Temperaturen ca. 300°C verdampft das Wasser. Im Reaktor sammelt sich ein Pulver, welches noch Reste von Nitrat aufweist.Spray drying is an aqueous one Nitrate salt solution of the cations in question Reactor fed from below. At the end of the feeder a hot air stream is added. At temperatures The water evaporates at approx. 300 ° C. Collects in the reactor a powder that still contains residues of nitrate having.

Bei der ammoniakalischen Fällung wird eine wäßrige Nitratsalzlösung (ph < 7) mit Ammoniak versetzt, damit die gelösten Kationen als Hydroxide gefällt werden. Nach Filterung und Trocknung wird das weiter zu verarbeitende Pulver erhalten.During the ammoniacal precipitation, an aqueous one Nitrate salt solution (ph <7) with ammonia, so the dissolved cations are precipitated as hydroxides. After filtering and drying, this becomes more receive processing powder.

In beiden Fällen ist eine sehr homogene Verteilung der Kationen in den Pulverkörnern gewährleistet.In both cases the distribution is very homogeneous Cations guaranteed in the powder grains.

Die in Fig. 1 dargestellten Gitterkonstanten zeigen, daß sich die Gitterkonstante ac des neuen Werkstoffes nicht in Abhängigkeit von der Sintertemperatur T ändert und immer kleiner als 508 pm ist. Dagegen nimmt die Gitterkonstante des eingangs genannten 10ScSZAl mit zu­ nehmender Sintertemperatur ab und erreicht bei hohen Sintertemperaturen, bei denen einphasige Proben erhal­ ten wurden, Werte von 508 pm. Für die effiziente Stabi­ lisierung der kubischen Kristallstruktur - in Gegenwart von Scandiumoxid als Hauptadditiv - muß demnach ein be­ stimmter Wert der Gitterkonstante (als meßbare Größe für die Abhängigkeit vom mittleren Ionenradius von Zr, Sc, Me und Al) unterschritten werden, der hier im Bereich von etwa 508 pm liegt.The lattice constants shown in Fig. 1 show that the lattice constant a c of the new material does not change depending on the sintering temperature T and is always less than 508 pm. In contrast, the lattice constant of the 10ScSZAl mentioned at the beginning decreases with increasing sintering temperature and reaches values of 508 pm at high sintering temperatures at which single-phase samples were obtained. For the efficient stabilization of the cubic crystal structure - in the presence of scandium oxide as the main additive - a certain value of the lattice constant (as a measurable quantity for the dependence on the average ion radius of Zr, Sc, Me and Al) must be undercut, which is in the range here of about 508 pm.

An den unterschiedlichen Sintertemperaturen unterworfe­ nen Proben konnten keine nennenswerten Unterschiede in Leitfähigkeiten beobachtet werden. Auch im Ver­ gleich zu 10ScSZAl hat 10ScSZ5TiAl im Falle von frisch hergestellten Proben vergleichbare elektrische Eigen­ schaften. Lediglich nach einer Auslagerungsdauer von 2000 h bei 1000°C kommt es zu einer geringen Leit­ fähigkeitsdivergenz. Beide Sc-haltigen Werkstoffe zei­ gen jedoch deutlich höhere Werte als das ebenfalls un­ tersuchte 8YSZ-Standardmaterial, wie der folgenden Ta­ belle zu entnehmen ist.Submit to the different sintering temperatures No significant differences in Conductivities are observed. Also in ver equal to 10ScSZAl has 10ScSZ5TiAl in the case of fresh manufactured samples comparable electrical Eigen create. Only after an outsourcing period of 2000 h at 1000 ° C leads to a low conductivity skill divergence. Both Sc containing materials However, the values are significantly higher than that searched 8YSZ standard material, such as the following Ta belle can be seen.

Tabelle 1: Leitfähigkeiten von Elektrolytwerkstoffen bei Einsatztemperatur in einer Hochtemperaturbrenn­ stoffzelle:
Table 1: Conductivities of electrolyte materials at operating temperature in a high-temperature fuel cell:

Da bei jeder beliebigen Sintertemperatur alleinig die kubische Kristallstruktur erhalten wurde, kann dieser Werkstoff problemlos sowohl für die Elektrolytkompo­ nente als auch als Zusatz in den Elektroden einer Brennstoffzelle verwendet werden. Es entstehen dann die grundsätzlich von Wilkenhöner et al. her bekannten Kompositelektroden, so z. B. nun eine aus ScSZ + LSM (statt YSZ + LSM) bestehende Kathode oder eine nun aus ScSZ + Ni (statt YSZ + Ni) bestehende Anode.Because at any sintering temperature alone cubic crystal structure was obtained, this can Material without problems for both the electrolyte compo nente as well as an additive in the electrodes of a Fuel cell can be used. Then the result basically by Wilkenhöner et al. known from here Composite electrodes, e.g. B. now one from ScSZ + LSM (instead of YSZ + LSM) existing cathode or one now ScSZ + Ni (instead of YSZ + Ni) existing anode.

Der anspruchsgemäße Werkstoff wurde zwar speziell für die Anwendung in Brennstoffzellen entwickelt. Es sind jedoch auch andere Nutzungsmöglichkeiten sinnvoll, so z. B. im Bereich der Sensorik (Lambda-Sonde) oder bei der Gewinnung von reinem Sauerstoffgas mit Hilfe von Sauerstoffpumpen, die eine Komponente aus stabilisiertem Zirkoniumoxid enthalten.The demanding material was made specifically for developed the application in fuel cells. There are however, other possible uses make sense, too e.g. B. in the field of sensors (lambda probe) or at the production of pure oxygen gas with the help of Oxygen pumps that are made up of a component contain stabilized zirconium oxide.

Claims (6)

1. Scandium-stabilisiertes Zirkoniumoxid mit einem gelösten Metalloxid, wobei der Ionenradius des Kations des gelösten Metalloxids kleiner als der Ionenradius des Zirkoniums ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenradius des Kations des gelösten Metalloxids größer als der Ionenradius von Aluminium ist.1. Scandium-stabilized zirconium oxide with a dissolved metal oxide, the ion radius of the cation of the dissolved metal oxide being smaller than the ion radius of the zirconium, characterized in that the ion radius of the cation of the dissolved metal oxide is larger than the ion radius of aluminum. 2. Scandium-stabilisiertes Zirkonitimoxid mit den Merkmalen des vorhergehenden Anspruchs, bei dem das Kation des gelösten Metalloxids eine Oxidationsstufe 4 aufweist.2. Scandium-stabilized zirconium oxide with the Features of the preceding claim, in which the Cation of the dissolved metal oxide an oxidation state 4 has. 3. Scandium-stabilisiertes Zirkoniumoxid mit den Merkmalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Cr, Mn, Sn, Tb oder Ti als Kation des gelösten Metalloxids vorgesehen ist.3. Scandium-stabilized zirconium oxide with the Features according to one of the preceding claims, characterized in that Cr, Mn, Sn, Tb or Ti as the cation of the dissolved Metal oxide is provided. 4. Scandium-stabilisiertes Zirkoniumoxid mit den Merkmalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des gelösten Metalloxids 0,1-30 Mol-% beträgt. 4. Scandium-stabilized zirconium oxide with the Features according to one of the preceding claims, characterized in that the content of the dissolved metal oxide 0.1-30 mol% is.   5. Elektrode-Elektrolyt-Elektrode-Einheit, bei dem eine Elektrode und/oder der Elektrolyt aus Scandium­ stabilisiertem Zirkoniumoxid mit den Merkmalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche besteht.5. Electrode-electrolyte-electrode unit, in which one Electrode and / or the scandium electrolyte stabilized zirconium oxide with the features according to one of the preceding claims. 6. Hochtemperaturbrennstoffzelle mit einer Elektroden- Elektrolyt-Elektroden-Einheit mit den Merkmalen nach vorhergehendem Anspruch.6. High temperature fuel cell with an electrode Electrolyte electrode unit with the features according to previous claim.
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