(57)【要約】【課題】低温で動作可能なＬａＧａＯ３系固体酸化物を主体とした固体酸化物燃料電池用固体電解質及びそれを用いた固体酸化物燃料電池を提供すること。【解決手段】一般式（Ｌａ１−ｘＭｘ）（Ｇａ１−ｙ−ｚＦｅｙＭｇｚ）Ｏ３−α（ＭはＳｒ，Ｃａ及びＢａのうちの少なくとも１種；ｘ＞０；ｙ＞０；ｚ≧０）で表され、ペロブスカイト型結晶構造を有することを特徴とする。ＭはＳｒであることが好ましい。特に好ましい組成としては、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．７Ｆｅ０．２Ｍｇ０．１Ｏ３−α及びＬａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３−αが挙げられる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（Ｌａ１−ｘＭｘ）（Ｇａ１−ｙ−ｚＦｅｙＭｇｚ）Ｏ３−α（ＭはＳｒ，Ｃａ及びＢａのうちの少なくとも１種；ｘ＞０；ｙ＞０；ｚ≧０）で表され、ペロブスカイト型結晶構造を有することを特徴とする固体酸化物燃料電池用固体電解質。
【請求項２】
前記ＭはＳｒである請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用固体電解質。
【請求項３】
前記ｘは０．１以上、０．４以下である請求項１又は２に記載の固体酸化物燃料電池用固体電解質。
【請求項４】
前記ｙは０．１以上、０．５以下である請求項１〜３のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池用固体電解質。
【請求項５】
前記ｚは０．２以下である請求項１〜４のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池用固体電解質。
【請求項６】
前記ｘは０．３、前記ｙは０．４、前記ｚは０である請求項１又は２に記載の固体酸化物燃料電池用固体電解質。
【請求項７】
前記ｘは０．３、前記ｙは０．２、前記ｚは０．１である請求項１又は２に記載の固体酸化物燃料電池用固体電解質。
【請求項８】
使用温度が８００℃以下である請求項１〜７のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池用固体電解質。
【請求項９】
使用温度が６００℃以下である請求項８に記載の固体酸化物燃料電池用固体電解質。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池用固体電解質を用いたことを特徴とする固体酸化物燃料電池。
【請求項１１】
燃料極にＦｅ元素を含有する請求項１０に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１２】
含酸素燃料を含む燃料を用いる請求項１０又は１１に記載の固体酸化物燃料電池。
【請求項１３】
一般式（Ｌａ１−ｘＭｘ）（Ｇａ１−ｙ−ｚＦｅｙＭｇｚ）Ｏ３−α（ＭはＳｒ，Ｃａ及びＢａのうちの少なくとも１種；ｘ＞０；ｙ＞０；ｚ＞０）で表され、ペロブスカイト型結晶構造を有することを特徴とするＬａＧａＯ３系固体酸化物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温で動作可能な固体酸化物燃料電池を実現できる固体酸化物燃料電池用固体電解質及び固体酸化物燃料電池並びにＬａＧａＯ３系固体酸化物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題、資源問題等からよりクリーンで効率の高いエネルギー源が求められており、燃料電池が期待されている。燃料電池は、電気化学反応により燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置であり、理論的に高いエネルギー効率が実現可能である。
【０００３】
このような燃料電池の中で、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、運転温度が高いために種々の利点を有している。例えば、燃料として水素のほかに一酸化炭素を使用することができる、燃料の内部改質を行うことができる、白金などの高価な貴金属触媒を用いる必要がない、排熱を有効利用できるなどの利点である。その他にも、電解質が固体であるために取り扱いが容易であるなどの利点がある。
【０００４】
しかしながら、ＳＯＦＣは、運転温度が高いことによって、材料選択の幅が狭くなることや、昇温に時間がかかり起動時間が長くなるといった問題もあり、運転温度の低温化を目指す研究が行われている。
【０００５】
ところで、酸素の分圧の差のみによって酸素を透過できるＬａＧａＯ３系の電子−酸素イオン混合伝導体（ＬａＧａＯ３系固体酸化物）からなる酸素透過膜が知られている（特許文献１及び２）。ＬａＧａＯ３系固体酸化物は酸素イオンの流れに対向して電子が流れることにより酸素イオンを自在に透過させている。ＬａＧａＯ３系固体酸化物は１０００℃付近で高い酸素透過性を発揮するが、温度が低くなるにつれて酸素透過性が低下することが知られている（特許文献１及び２）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−９３３２５号公報
【特許文献２】特開２００２−２９２２３４号公報
【特許文献３】特開平９−１６１８２４号公報（実施例、図１３など）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らはＬａＧａＯ３系固体酸化物の酸素透過性の温度依存性について鋭意研究を進めた結果、酸素透過性が低下する原因として温度低下に伴い電子透過性が低下することで酸素透過性も低下することを発見した。つまり、電子移動を外部回路により担保することで、低温であっても酸素（イオン）透過性を発揮できることを発見した。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑み行われたものであり、ＬａＧａＯ３系固体酸化物を主体とした固体酸化物燃料電池用固体電解質及びそれを用いた固体酸化物燃料電池を提供することを解決すべき課題とする。また、本発明では新規なＬａＧａＯ３系固体酸化物を提供することも解決すべき課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記一般式で表されるＬａＧａＯ３系固体酸化物について、イオン輸率（−）が温度の低下に伴い上昇し、ＳＯＦＣに好適に用いることができることを発見して本発明を完成した。つまり、ＬａＧａＯ３系固体酸化物をＳＯＦＣに適用すると、高温においては酸素イオンの流れにに対し、電子が対向して流れることで、燃料電池反応で発生した電子が無駄に消費され外部に取り出すことができなかったものが、ＳＯＦＣの動作温度を低くすることで酸素イオンのみを効率的に流すことが可能になることを発見した。なお、イオン輸率（−）とはＬａＧａＯ３系固体酸化物中を伝導する酸素イオン及び電子の総量に対して、酸素イオンが占める割合である。
【００１０】
すなわち、本発明の固体酸化物燃料電池用固体電解質は、一般式（Ｌａ１−ｘＭｘ）（Ｇａ１−ｙ−ｚＦｅｙＭｇｚ）Ｏ３−α（ＭはＳｒ，Ｃａ及びＢａのうちの少なくとも１種；ｚは０以上）で表され、ペロブスカイト型結晶構造を有することを特徴とする。特に、前記ＭはＳｒであることが望ましい。ここで、Ｍｇは任意成分である。Ｍｇを含有させることで本発明の固体電解質の耐還元性を向上できる効果が推察される。ＬａＧａＯ３系固体酸化物は還元されることで結晶構造が変化し、諸性質が大きく変化するため耐還元性は高いことが好ましい。
【００１１】
なお、Ｏの量比を３−αと表したのはＯの量比がＭ，Ｆｅ及びＭｇの固溶量によって変化するためであり、一般式（Ｌａ１−ｘＭｘ）（Ｇａ１−ｙ−ｚＦｅｙＭｇｚ）Ｏ３−αにおいて、酸素原子が（Ｌａ１−ｘＭｘ）や（Ｇａ１−ｙ−ｚＦｅｙＭｇｚ）のモル比に対して正確に３倍量含まれていないことがあり得ることを示している。
【００１２】
そして、前記ｘ、ｙ及びｚについては、それぞれ独立して任意に変化できる値である。ｘは０．１以上、０．４以下が好ましい。ｙは０．１以上、０．５以下が好ましい。そしてｚは０．２以下であることが好ましい。特に、前記ｘは０．３、前記ｙは０．４、前記ｚは０の組み合わせであることが好ましい。また、前記ｘは０．３、前記ｙは０．２、前記ｚは０．１の組み合わせであることも好ましい。
【００１３】
前述の固体酸化物燃料電池用固体電解質は、使用温度が８００℃以下であることが好ましく、６００℃以下であることが更に好ましい。この温度範囲に使用温度を規定しても高い固体電解質としての性能を発揮できるとともに電池などを構成する材料選択の幅が拡がる利点がある。また、始動性も向上する。
【００１４】
更に前記課題を解決する本発明の固体酸化物燃料電池は、前述の固体酸化物燃料電池用固体電解質を用いたことを特徴とする。前述の固体酸化物燃料電池用固体電解質を採用することで動作温度を低下可能である。
【００１５】
そして、燃料極にＦｅ元素を含有することが好ましい。また、含酸素燃料を含む燃料を用いることが好ましい。これらの結果、固体酸化物燃料電池用固体電解質の耐還元性を向上することができる。
【００１６】
更にまた、上記課題を解決する本発明のＬａＧａＯ３系固体酸化物は、一般式（Ｌａ１−ｘＭｘ）（Ｇａ１−ｙ−ｚＦｅｙＭｇｚ）Ｏ３−α（ＭはＳｒ，Ｃａ及びＢａのうちの少なくとも１種；ｘ＞０；ｙ＞０；ｚ＞０）で表され、ペロブスカイト型結晶構造を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明のＬａＧａＯ３系固体酸化物はＭｇを必須構成要件とすること以外は前述の固体酸化物燃料電池用固体電解質と同様の構成をもつ。本発明のＬａＧａＯ３系固体酸化物は、固体酸化物燃料電池用固体電解質に適用することも可能であるとともに、従来技術の欄で説明した酸素透過膜として用いることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（固体酸化物燃料電池用固体電解質）
本発明の固体酸化物燃料電池用固体電解質（以下単に、「固体電解質」と称する）について更に詳しく説明する。
【００１９】
本発明の固体電解質は、ＬａＧａＯ３を基本とするペロブスカイト型結晶格子からなり、この結晶格子中のＬａの一部がＭ（Ｓｒ，Ｃａ及びＢａの少なくとも一種）によって置換され、Ｇａの一部がＦｅによって置換されている焼結体である。更にＧａの一部はＭｇによって置換されていても良い。ペロブスカイト型結晶構造を有するＬａＧａＯ３系混合伝導体において、Ｌａの酸化数は通常＋３であるが、本発明の固体電解質では、このＬａサイトに、安定な酸化数が＋２であるＭを固溶させることにより、結晶格子中に酸素欠陥が形成され、これにより酸素イオン伝導性が向上しているものと考えられる。
【００２０】
上記Ｍとしては、ＬａＧａＯ３系固体酸化物の結晶中におけるイオン半径がＬａの値に近い金属であることが好ましい。これによりＭは結晶中のＬａサイトに固溶しやすくなる。従って、ＭはＳｒ，Ｃａ及びＢａのいずれかとすることができる。このことは、Ｇａ，Ｆｅ及びＭｇの結晶中のイオン半径についても同様である。特に、Ｍとしては、イオン半径が最もＬａのイオン半径に近いＳｒが好ましい。
【００２１】
ここで、Ｌａサイトに固溶するＭの量比（原子数基準）を表すｘは０．１以上とすることが好ましく、０．２超とすることがより好ましい。ｘをこの範囲にすることで、Ｍを固溶させた効果が充分に発揮できる。また、ｘは０．５未満であることが好ましく、０．４以下であることがより好ましい。ｘをこの範囲にすることで固溶できすに析出ことが防止できる。特に好ましいｘは０．３である。
【００２２】
上記ｙは、Ｇａサイトに固溶しているＦｅの量比（原子数基準）を表わす。このｙは０．１以上とすることが好ましく、０．２以上とすることがより好ましい。ｙをこの範囲にすることで、Ｆｅを固溶させた効果が充分に発揮できる。また、ｙは０．５以下であることが好ましい。ｙをこの範囲にすることで固溶できすに析出ことが防止できる。特に好ましいｙはＭｇを含まない場合で０．４であり、Ｍｇを含む場合で０．２である。
【００２３】
上記ｚは、Ｇａサイトに固溶しているＭｇの量比（原子数基準）を表わす。このｚは０．０５以上とすることが好ましく、０．０５超とすることがより好ましい。ｚをこの範囲にすることで、Ｍｇを固溶させた効果が充分に発揮できる。また、ｚは０．２以下であることが好ましく、０．２未満であることがより好ましく、０．１５以下（未満）であることが更に好ましい。ｚをこの範囲にすることで固溶できすに析出ことが防止できる。特に好ましいｚは０．１である。
【００２４】
従って、好ましい固体電解質の組成としてはＬａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３−α及びＬａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．７Ｆｅ０．２Ｍｇ０．１Ｏ３−αが挙げられる。以上説明した本発明の固体電解質は低温においても高い酸素透過性を示す。例えば、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３−αは４００℃において１．８Ｓ／ｃｍといった高いイオン伝導度を示す。また、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３−αは２００℃において、現行の実用材料であるＹＳＺ（（ＺｒＯ２）０．８（ＹＯ１．５）０．２）におけるイオン伝導度を実現している。
【００２５】
このような固体電解質を製造する方法は特に限定しないが、以下に製造方法を例示する。ペロブスカイト型結晶構造の形成や、Ｌａサイト及びＧａサイトに各元素を固溶させるためには大きな熱エネルギーを必要とする。従って、比較的高温で複数回の焼成を行うことが好ましい。具体的には、Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｌａ，Ｇａ，Ｆｅ及びＭｇ等を含有する金属化合物からなる原料粉末を所定の割合に混合し、大気中で温度８００〜１２００℃にて３〜１０時間仮焼し、得られた仮焼物を粉末にし、これを成形した後、大気中で温度１３５０〜１５５０℃にて３〜１０時間焼成することにより得ることができる。原料粉末の混合比は任意に設定できる。
【００２６】
原料粉末としては、各粉末が均一に混合された、分散性に優れたものを使用することが特に好ましい。この均一分散は、各金属化合物からなる粉末をミル等でよく混合することで達成できる。
【００２７】
各金属化合物としては、加熱によりＬａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｇａ，Ｆｅ及びＭｇの各酸化物になる化合物を使用することできる。例えば、Ｌａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｇａ，Ｆｅ及びＭｇのそれぞれの酸化物、炭酸塩、水酸化物、複合金属酸化物、複合金属炭酸塩、シュウ酸塩等から選択できる。
【００２８】
また、共沈法を利用し原料粉末を調製することによっても各粉末をより均一分散させることができる。この共沈とは２種以上の金属イオン等が共存する溶媒から、これらの金属を含む化合物等を同時に沈殿させることであり、これを利用した共沈法によれば、これらの２種以上の金属元素を含む分散性に優れた混合粉末を生成させることができる。共沈法において使用する溶媒としては、水、有機溶媒及びその混合溶媒を例示できる。また、この金属イオンを生成する化合物としては、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｇａ、Ｆｅの各硝酸塩、硫酸塩、塩化物等を溶媒に溶解して所定の条件下で共沈するものを使用することができる。有機溶媒を用いる場合には有機金属化合物を使用することもできる。また、これらの金属イオンは、水酸化ナトリウム等のアルカリ又はアンモニア等の添加、大量の水の添加による加水分解、有機溶媒の添加、及び必要に応じて加熱する等により沈殿させることができる。
【００２９】
（ＳＯＦＣ）
本発明のＳＯＦＣについて以下に詳しく説明する。本発明のＳＯＦＣは前述の固体電解質を用いたことを特徴とする。その他の構成については特に限定されず、一般的な構成を採用できる。例えば、前述の固体電解質の両面に燃料極と空気極とを形成しそれぞれの極に水素や一酸化炭素などの燃料及び空気をそれぞれ供給する供給手段を付加することで本発明のＳＯＦＣが形成できる。本ＳＯＦＣは前述の固体電解質を用いるために低温で作動可能であり、８００℃以下、そして６００℃以下の運転温度を採用することも可能である。更には４００℃以下の運転温度を採用することもできる。
【００３０】
燃料極には公知の材料であるニッケルやニッケル・ジルコニアサーメットなどを用いることができる。ニッケルなどの燃料極は表面積を大きくするために粉末状や多孔質状にして用いられる。更に燃料極にはＦｅを含むことが耐還元性向上の観点からは好ましい。Ｆｅはそのまま単独で、又はジルコニアや前述の固体電解質との間でサーメットを形成して用いたり、前述のニッケルの一部をＦｅで置換して用いたりすることができる。燃料極にはその他の元素を含むこともできる。
【００３１】
空気極についても特に限定されず、公知の材料・構成を採用することができる。例えば、高温酸化雰囲気のもとでの安定性や、触媒能、電子伝導性などを考慮してランタンマンガナイト（ＬａＭｎＯ３）、ランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ３）、サマリウムコバルタイト（ＳｍＣｏＯ３）などで構成したものが挙げられる。
【００３２】
【実施例】
〔Ｍｇを含まない固体電解質について〕
（実施例１：従来技術との比較）
試料の調製：市販されている純度９９％以上のＬａ２Ｏ３、ＳｒＣＯ３、Ｇａ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３の各粉末を、一般式（Ｌａ１−ｘＳｒｘ）（Ｇａ１−ｙ−ｚＦｅｙＭｇｚ）Ｏ３−αにおけるｘを０．３０、ｙを０．４０、そしてｚを０とした化学量論比になるように秤量し、アルミナ乳鉢を用いて３０分間乾式混合した。得られた原料粉末をアルミナるつぼに入れて、大気中で温度１０００℃において４時間仮焼した。
【００３３】
得られた仮焼粉末をアルミナ乳鉢でよく粉砕した後、この粉末を金型にて円盤状に成形した。この成形体をポリウレタン製の袋に入れ脱気し真空を保った。これを３００ＭＰａに加圧しながら１５分間、ＣＩＰ（等方静水圧プレス）を施した。その後、大気雰囲気において、温度１５００℃で６時間焼成し、直径が約１５ｍｍで、厚さが２ｍｍの本実施例の固体電解質を得た。
【００３４】
イオン伝導性の温度依存性の測定：本実施例の固体電解質のイオン伝導性を２００℃〜１０００℃の温度範囲で測定した。具体的な測定方法を以下に示す。まず、試験試料を幅５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ１５ｍｍの短冊状に加工し、その長手方向の両端面の中央にそれぞれＰｔ電極を取り付けた。その後、窒素雰囲気下、交流２端子法（交流インピーダンス法）及び直流４端子法によってイオン伝導度を測定した。
【００３５】
結果：イオン伝導度の温度依存性の測定結果を図１に示す。図１から明らかなように、イオン伝導度は７００℃程度にピークを有し、２００℃でも０．１Ｓ／ｃｍといった高い値を示している。従来のＹＳＺのイオン伝導度は１０００℃で０．１Ｓ／ｃｍ程度で、温度の低下に伴いイオン伝導度も低下しており、本実施例の固体電解質の２００℃におけるイオン伝導性は、ＹＳＺの１０００℃におけるイオン伝導度と同等以上の値を示した。
【００３６】
代表的な従来の固体電解質とともに、実施例１の固体電解質のイオン伝導性の温度依存性を図２に示す。図２より明らかなように本実施例の固体電解質のイオン伝導性は従来の固体電解質のイオン伝導性よりもより低い温度で同等以上の値を示している。なお、図２で示した従来の固体電解質のイオン伝導性は対応する固体電解質について本実施例と同様の方法にてイオン伝導性を測定した。
【００３７】
イオン輸率（−）の温度依存性の測定：本実施例の固体電解質のイオン輸率（−）を２００℃〜１０００℃の温度範囲で測定した。具体的な測定方法としては起電力法（ガス濃淡電池法）及びイオンブロッキング法により求めた。
【００３８】
結果：イオン輸率（−）の温度依存性の測定結果を図３に示す。図３より明らかなように、イオン輸率（−）は４００℃以下で、ほぼ１となり、電子伝導度をほとんど無視することができる。また、８００℃で０．１程度、６００℃で０．５程度、そして５００℃で０．７５程度の値を示した。従って、本実施例の固体電解質は８００℃以下の温度で用いることが好ましく、６００℃、５００℃、そして４００℃以下とするにつれ更に好ましいことが判った。なお、８００℃超の温度範囲においてもイオン輸率（−）は低いものの、ＳＯＦＣへの適用は充分に実用的である（後述）。イオン輸率（−）以外の電池特性に関連する他の条件（触媒能、酸素の拡散速度など）が、温度の上昇により向上するからである。
【００３９】
（実施例２：Ｍｇを含まない場合のｘの適正範囲について）
試料の調製及び試験：ｘを０．２０、０．３０、０．４０及び０．５０とした４種類の固体電解質を実施例１と同様の方法で作成した。なお、ｙは０．４０、ｚは０とした。これら４種類の固体電解質について、２００℃、３００℃、４００℃及び５００℃でイオン伝導度を測定した。更にｘが０．２０、０．３０及び０．４０の試料についてＸ線回折パターンを測定した。
【００４０】
結果：結果を図４に示す。図４から明らかなように、イオン伝導度はｘが０．３で最大値を示した。ｘとしては０．２超、０．５未満であることが好ましい。更に０．３以上、０．４以下であることがより好ましいことが判った。Ｘ線回折パターン（図５）からｘが変化してもこれら試料はペロブスカイト型結晶構造を有することが判った。
【００４１】
（実施例３：Ｍｇを含まない場合のｙの適正範囲について）
試料の調製及び試験：ｙを０．２０、０．３０、０．４０及び０．５０とした４種類の固体電解質を実施例１と同様の方法で作成した。なお、ｘは０．３０、ｚは０とした。これら４種類の固体電解質について、２００℃〜１０００℃の範囲でイオン伝導度を測定した。
【００４２】
結果：結果を図６に示す。図６から明らかなように、イオン伝導度はｙが０．４で最大値を示した。ｙとしては０．２超であることが好ましく、０．３以上であることがより好ましいことが判った。更にはｙが０．４以上０．５以下であることが好ましいことが判った。
【００４３】
（実施例４：Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３−αを固体電解質に用いたＳＯＦＣのＩ−Ｖ特性及び出力特性の運転温度依存性について）
ＳＯＦＣの作製：ｘが０．３０、ｙが０．４０、ｚが０とした固体電解質を実施例１と同様の方法で作成した。この固体電解質を用いたＳＯＦＣを作成し、性能評価を行った。ＳＯＦＣは固体電解質を直径１５ｍｍ、厚み０．５ｍｍに加工した後、燃料極（Ｎｉ）及び空気極（ストロンチウム（Ｓｒ）添加サマリウムコバルタイト（ＳｍＣｏＯ３））をスクリーンプリントした後１０００℃で焼き付けて形成した。
【００４４】
評価：燃料に水素を用い、運転温度４００℃、５００℃、６００℃及び７００℃（電気炉で制御）にてガルバノスタットを用いＩ−Ｖ特性を測定し出力密度を算出した。水素及び酸素は常圧にて各電極にそれぞれ１００ｍＬ／分（水素）及び１００ｍＬ／分（酸素）で供給した。
【００４５】
結果：結果を図７に示す。Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３−αを固体電解質に用いることで、４００℃〜７００℃の極めて低い運転温度でもＳＯＦＣの発電が進行できることが判った。
【００４６】
〔Ｍｇを含有する固体電解質について〕
（実施例５：Ｍｇを含む場合のｘの適正範囲について）
試料の調製及び評価：ｘを０．２０、０．２５、０．３０、０．３５及び０．４０とした５種類の固体電解質を実施例１と同様の方法で作成し、イオン伝導度と、イオン輸率（−）とを７００℃にて測定した。ｙは０．２０、ｚは０．１０とした。なお、Ｍｇは市販されている純度９９％以上のＭｇＯ粉末を用いた。これら５種類の固体電解質を用いたＳＯＦＣを実施例４と同様の方法で作製し、７００℃及び１０００℃における出力密度を測定し、その最大値を求めた。
【００４７】
結果：結果を図８に示す。図８から明らかなように、イオン伝導度はｘが０．３５で極小値を示し、イオン輸率（−）はｘの値が小さいほど大きくなった。
【００４８】
７００℃及び１０００℃における最大出力密度の値から、ｘは０．２５以上、更には０．２５超が好ましいことが判った。また、ｘは０．３５以下、更には０．３５未満が好ましいことが判った。特に好ましいのｘは０．３であった。
【００４９】
（実施例６：Ｍｇを含む場合のｙの適正範囲について）
試料の調製及び評価：ｙを０．１０、０．１５、０．２０、０．２５、０．３０及び０．４０とした６種類の固体電解質を実施例５と同様の方法で作成し、イオン伝導度と、イオン輸率（−）とを７００℃にて測定した。ｘは０．３０、ｚは０．１０とした。これら６種類の固体電解質を用いたＳＯＦＣを実施例５と同様の方法で作製し、７００℃及び１０００℃における出力密度を測定し、その最大値を求めた。
【００５０】
結果：結果を図９に示す。図９から明らかなように、イオン伝導度はｙが大きくなるにつれて大きくなった。イオン輸率（−）はｙの値が小さいほど大きくなった。
【００５１】
７００℃及び１０００℃における最大出力密度の値から、ｙは０．１以上、更には０．１超が好ましいことが判った。また、ｙは０．３以下、更には０．３未満が好ましいことが判った。特に好ましいｙは０．２であった。
【００５２】
（実施例７：Ｍｇを含む場合のｚの適正範囲について）
試料の調製及び評価：ｚを０．０５、０．１０及び０．１５とした３種類の固体電解質を実施例５と同様の方法で作成し、イオン輸率（−）とを７００℃及び８００℃にて測定した。ｘは０．３０、ｙは０．２０とした。これら３種類の固体電解質を用いたＳＯＦＣを実施例５と同様の方法で作製し、７００℃及び８００℃における出力密度を測定し、その最大値を求めた。
【００５３】
結果：結果を図１０に示す。図１０から明らかなように、イオン輸率（−）はｚが０．１０にて極大値をもつことが判った。
【００５４】
７００℃及び８００℃における最大出力密度の値から、ｚは０．０５以上、更には０．０５超が好ましいことが判った。また、ｚは０．１５以下、更には０．１５未満が好ましいことが判った。特に好ましいｚは０．１であった。
【００５５】
（実施例８：Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．７Ｆｅ０．２Ｍｇ０．１Ｏ３−αを電解質に用いたＳＯＦＣのＩ−Ｖ特性及び出力特性の運転温度依存性について〕
実施例６〜８にて作製したＬａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．７Ｆｅ０．２Ｍｇ０．１Ｏ３−αを固体電解質に用いたＳＯＦＣについて、運転温度を４００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃及び１０００℃に変化させた場合のＩ−Ｖ特性を測定し、出力特性を算出した。結果を図１１及び１２に示す。図１１は運転温度を４００℃〜７００℃にした場合の結果であり、図１２は運転温度を７００℃以上にした場合の結果である。本実施例のＳＯＦＣは４００℃〜７００℃の極めて低い運転温度でもＳＯＦＣの発電が進行できるとともに、運転温度を上昇させるにしたがいＩ−Ｖ特性及び出力特性も向上した。
【００５６】
特許文献３に示す従来技術ではＬａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３を用いたＳＯＦＣが好ましいものとして挙げられている。Ｉ−Ｖ特性として、端子電圧１．１Ｖ弱、電流０Ａ／ｃｍ２から、端子電圧０．４Ｖ強、電流１．０Ａ／ｃｍ２程度まで直線的に変化している図が挙げられている（特許文献３；図１３など；９００℃にて測定）。図１２に示した本実施例のＳＯＦＣの９００℃におけるＩ−Ｖ特性は従来技術のＳＯＦＣよりも大幅に向上していることが判る。
【００５７】
（実施例９：燃料極の材質について）
実施例８にて用いたＳＯＦＣと、実施例８にて用いたＳＯＦＣに対して燃料極に含まれるＮｉをＦｅに代えた以外は同じ構成をもつ本実施例のＳＯＦＣとについて耐久性を比較した。
【００５８】
運転温度４００〜１０００℃にて１時間運転した前後の固体電解質についてＸ線回折パターンを測定し比較した。燃料極にＦｅを用いたＳＯＦＣは図１３に示し、燃料極にＮｉを用いたＳＯＦＣは図１４に示した。図１４から明らかなように、Ｎｉを含んだ燃料極では長時間の運転後に結晶構造が乱れていることが判った。それに対して、Ｆｅを含んだ燃料極では長時間の運転後でも結晶構造の乱れはほとんど認められなかった。すなわち、Ｆｅを燃料極に含有することでＳＯＦＣ（固体電解質）の耐久性が向上できることが明らかとなった。この理由としてははっきりしないが、Ｎｉに比べてＦｅは固体電解質との反応性が低いためと推測される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の固体電解質のイオン伝導性の温度依存性を示したグラフである。
【図２】実施例１の固体電解質のイオン伝導性の温度依存性を従来の固体電解質のイオン伝導性と比較したグラフである。
【図３】実施例１の固体電解質のイオン輸率（−）の温度依存性を示したグラフである。
【図４】本発明の固体電解質のイオン伝導性のｘ及び温度依存性を示したグラフである。
【図５】本発明の固体電解質のＸ線回折パターンを示した図である。
【図６】本発明の固体電解質のイオン伝導性のｙ及び温度依存性を示したグラフである。
【図７】Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３−αを固体電解質に用いたＳＯＦＣのＩ−Ｖ特性及び出力特性の運転温度依存性を示したグラフである。
【図８】本発明の固体電解質のイオン伝導性、イオン輸率（−）及び最大出力密度のｘ及び温度依存性を示したグラフである。
【図９】本発明の固体電解質のイオン伝導性、イオン輸率（−）及び最大出力密度のｙ及び温度依存性を示したグラフである。
【図１０】本発明の固体電解質のイオン輸率（−）及び最大出力密度のｚ及び温度依存性を示したグラフである。
【図１１】Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．７Ｆｅ０．２Ｍｇ０．１Ｏ３−αを固体電解質に用いたＳＯＦＣのＩ−Ｖ特性及び出力特性の運転温度依存性を示したグラフである。
【図１２】Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｇａ０．７Ｆｅ０．２Ｍｇ０．１Ｏ３−αを固体電解質に用いたＳＯＦＣのＩ−Ｖ特性及び出力特性の運転温度依存性を示したグラフである。
【図１３】Ｆｅを含有する燃料極を用いたＳＯＦＣの耐久試験の結果を示した図である。
【図１４】Ｎｉを含有する燃料極を用いたＳＯＦＣの耐久試験の結果を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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