JP2003208902A - Solid electrolyte-type fuel cell - Google Patents
Solid electrolyte-type fuel cellInfo
- Publication number
- JP2003208902A JP2003208902A JP2002267805A JP2002267805A JP2003208902A JP 2003208902 A JP2003208902 A JP 2003208902A JP 2002267805 A JP2002267805 A JP 2002267805A JP 2002267805 A JP2002267805 A JP 2002267805A JP 2003208902 A JP2003208902 A JP 2003208902A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- reaction layer
- fuel cell
- electrode reaction
- oxide fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 136
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 claims abstract description 186
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 43
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 71
- BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O Chemical compound [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 48
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 41
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 241000968352 Scandia <hydrozoan> Species 0.000 claims description 28
- HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);scandium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sc+3].[Sc+3] HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[La+3] NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 63
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 50
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 50
- -1 oxygen ion Chemical class 0.000 description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 34
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 32
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 28
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 25
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 23
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 20
- 239000010408 film Substances 0.000 description 17
- 229910002179 La0.75Sr0.25MnO3 Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 14
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 14
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000007581 slurry coating method Methods 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 8
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 8
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 7
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 6
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 6
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 5
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 5
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 5
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 4
- 238000005118 spray pyrolysis Methods 0.000 description 4
- CUNWUEBNSZSNRX-RKGWDQTMSA-N (2r,3r,4r,5s)-hexane-1,2,3,4,5,6-hexol;(z)-octadec-9-enoic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO.OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O CUNWUEBNSZSNRX-RKGWDQTMSA-N 0.000 description 3
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 229910052963 cobaltite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N samarium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N scandium(III) oxide Inorganic materials O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 229960005078 sorbitan sesquioleate Drugs 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000877463 Lanio Species 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N gallic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 description 2
- 229910000473 manganese(VI) oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JNYAEWCLZODPBN-JGWLITMVSA-N (2r,3r,4s)-2-[(1r)-1,2-dihydroxyethyl]oxolane-3,4-diol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@H]1OC[C@H](O)[C@H]1O JNYAEWCLZODPBN-JGWLITMVSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ce+3].[Ce+3] DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NCEXYHBECQHGNR-UHFFFAOYSA-N chembl421 Chemical compound C1=C(O)C(C(=O)O)=CC(N=NC=2C=CC(=CC=2)S(=O)(=O)NC=2N=CC=CC=2)=C1 NCEXYHBECQHGNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、出力性能に優れる
固体電解質型燃料電池に関する。特には700〜900℃の作
動温度においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電
池に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid oxide fuel cell having excellent output performance. In particular, the present invention relates to a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at an operating temperature of 700 to 900 ° C.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の固体電解質型燃料電池は、空気極
材料としてSrまたはCaを固溶させたランタンマンガナイ
ト、電解質材料としてイットリアを固溶させたジルコニ
ア(以下、YSZと示す。)を用いて、空気極と電解質を
直接積層させた電池を使用していた。(例えば、非特許
文献1参照。)また、電解質と空気極との間にイットリ
アを固溶させたジルコニアの薄層を設けて、空気極と電
解質の接触抵抗を減らすことができ、出力性能を向上さ
せることができるとしているものもある。(例えば、特
許文献1)。さらに、空気極と電解質の間にCaおよび/ま
たはSrを固溶させたランタンマンガナイトとイットリア
を固溶させたジルコニアの混合粉末からなる層を設け、
空気極と電解質の接触抵抗を減らすことができ、出力性
能を向上させることができるとしているものもある。
(例えば、特許文献2参照)。2. Description of the Related Art A conventional solid oxide fuel cell uses lanthanum manganite in which Sr or Ca is dissolved as an air electrode material and zirconia (hereinafter referred to as YSZ) in which yttria is dissolved as an electrolyte material. Therefore, a battery in which an air electrode and an electrolyte are directly laminated is used. (See, for example, Non-Patent Document 1.) Further, by providing a thin layer of zirconia in which yttria is solid-solved between the electrolyte and the air electrode, the contact resistance between the air electrode and the electrolyte can be reduced, and the output performance can be improved. Some say it can be improved. (For example, Patent Document 1). Furthermore, a layer made of a mixed powder of lanthanum manganite having a solid solution of Ca and / or Sr and zirconia having a solid solution of yttria is provided between the air electrode and the electrolyte,
Some say that it is possible to reduce the contact resistance between the air electrode and the electrolyte and improve the output performance.
(For example, refer to Patent Document 2).
【0003】[0003]
【非特許文献1】笛木和雄・高橋正雄著[燃料電池設計
技術]サイエンスフォーラム出版、昭和62年9月30日、P2
21-230[Non-Patent Document 1] Kazuo Fueki, Masao Takahashi [Fuel Cell Design Technology] Science Forum Publishing, September 30, 1987, P2
21-230
【特許文献1】特開平8-180886号公報(第1-4頁、第一
図)[Patent Document 1] JP-A-8-180886 (pages 1-4, FIG. 1)
【特許文献2】特開2000-44245号公報(第1-6頁)[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 2000-44245 (pages 1-6)
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】SrまたはCaを固溶させ
たランタンマンガナイトとガス透過性の無いYSZを積層
させる構造であると、空気極と電解質の間で起こる(1)
式の反応が電解質表面と空気極が接触している点でのみ
の反応となり出力性能が低いという問題があった。
O2+4e-→2O2- … (1)[Problems to be Solved by the Invention] With a structure in which lanthanum manganite in which Sr or Ca is solid-dissolved and YSZ having no gas permeability are laminated, this occurs between the air electrode and the electrolyte (1).
There is a problem that the reaction of the formula becomes a reaction only at the point where the electrolyte surface and the air electrode are in contact, and the output performance is low. O 2 + 4e - → 2O 2- ... (1)
【0005】特許文献1および特許文献2の方法を採用す
れば、作動温度が900〜1000℃程度であれば、これらの
層を設けることで電池の出力性能は向上する。しかし、
作動温度が700℃程度まで下がると、これらの材料自身
の電極活性が大きく低下しセルの出力性能は900〜1000
℃の場合と比較して大きく低下するという問題があっ
た。If the methods of Patent Document 1 and Patent Document 2 are adopted, the output performance of the battery is improved by providing these layers if the operating temperature is about 900 to 1000 ° C. But,
When the operating temperature drops to about 700 ° C, the electrode activity of these materials decreases significantly, and the output performance of the cell is 900-1000.
There was a problem that the temperature was greatly reduced compared to the case of ℃.
【0006】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、空気極と電解質との間の電極活性を向上
させ、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell having improved electrode activity between an air electrode and an electrolyte and excellent output performance. .
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第一の発明は、空気極と、電解質と、燃料極とを備
え、前記空気極と前記電解質の間には電極反応層が介在
されている固体電解質型燃料電池であって、前記電極反
応層は少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含み、
連通した開気孔を有することを提供する。To achieve the above object, a first invention comprises an air electrode, an electrolyte and a fuel electrode, and an electrode reaction layer is interposed between the air electrode and the electrolyte. A solid oxide fuel cell in which the electrode reaction layer includes at least a catalyst for ionizing oxygen gas,
Providing to have open pores in communication.
【0008】本発明によれば、電極反応層には酸素ガス
をイオン化する触媒を含み、かつ連通した開気孔を有す
るので出力性能を向上させることができる。According to the present invention, since the electrode reaction layer contains a catalyst for ionizing oxygen gas and has open pores communicating with each other, the output performance can be improved.
【0009】この理由は、電極反応層に酸素ガスのイオ
ン化を促進させる機能があるので、空気極と電解質との
間で起こる(1)式の反応を効率良く進めることができ、
出力性能を向上させることができるためであり、また連
通した開気孔を有するので電極反応層全体に酸素ガスを
拡散することができ、(1)式の反応を電極反応層全体で
起こすことができるためである。The reason for this is that the electrode reaction layer has a function of promoting the ionization of oxygen gas, so that the reaction of the formula (1) occurring between the air electrode and the electrolyte can be efficiently advanced,
This is because the output performance can be improved, and because it has open pores that communicate with each other, oxygen gas can be diffused throughout the electrode reaction layer, and the reaction of formula (1) can occur in the entire electrode reaction layer. This is because.
【0010】上記目的を達成するために第二の発明は、
電極反応層が有する細孔径が0.1〜10μmであることを
提供する。In order to achieve the above object, the second invention is
It is provided that the electrode reaction layer has a pore size of 0.1 to 10 μm.
【0011】本発明によれば、電極反応層における細孔
径を限定したので(1)式の反応を効率良く進めることが
でき、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供す
ることができる。According to the present invention, since the pore diameter in the electrode reaction layer is limited, the reaction of the formula (1) can be efficiently proceeded, and a solid oxide fuel cell having excellent output performance can be provided.
【0012】この理由は、細孔径が0.1μmより小さい
と電極反応層における連通した開気孔がほとんどなくな
るため、電極反応層に酸素ガスを拡散させることができ
ず出力性能が低下するためで、一方、細孔径が10μmよ
り大きくなると電解質と電極反応層の接点が少なくなる
ので密着性が低下し、電解質と電極反応層間の接触抵抗
が大きくなり、出力性能が低下するためである。The reason for this is that if the pore size is smaller than 0.1 μm, there are almost no open pores communicating with each other in the electrode reaction layer, so that oxygen gas cannot be diffused into the electrode reaction layer, and the output performance deteriorates. When the pore diameter is larger than 10 μm, the number of contacts between the electrolyte and the electrode reaction layer is reduced, so that the adhesion is lowered, the contact resistance between the electrolyte and the electrode reaction layer is increased, and the output performance is lowered.
【0013】ここで示す細孔径とは、以下の方法で求め
られたものである。SEMで研磨した電極反応層部分の断
面写真を撮り、透明なフィルム上に写す。空隙部の大き
さを測定し、例えば空隙が円相当のものはその直径が細
孔径となり、正方形相当のものは1辺の長さが細孔径と
して算出する。The pore size shown here is determined by the following method. Take a photograph of the cross section of the electrode reaction layer polished by SEM and copy it on a transparent film. The size of the void is measured, and for example, the diameter of the void corresponding to a circle is the pore diameter, and the diameter of a square is the length of one side as the pore diameter.
【0014】ここで示す細孔径が0.1〜10μmとは、前
記方法で100個の細孔径を測定し、径の小さい順番から
並べた際の3番目〜97番目の範囲で測定されたもので、5
0番目の細孔径に相当するものを指す。すなわち、3%径
〜97%径の範囲の細孔径で50%径に相当するものが0.1
〜10μmであることを指す。The term "pore diameter of 0.1 to 10 μm" as used herein means that the pore diameter of 100 pores was measured by the above-mentioned method, and the pore diameter was measured in the range of 3 to 97 when they were arranged in ascending order of diameter. Five
It corresponds to the 0th pore size. That is, in the range of 3% to 97% diameter, the pore diameter corresponding to 50% is 0.1
-10 μm.
【0015】上記目的を達成するために第三の発明は、
電極反応層が有する細孔径は、空気極が有する細孔径よ
り小さいことを提供する。In order to achieve the above object, the third invention is:
The pore size of the electrode reaction layer is provided to be smaller than the pore size of the air electrode.
【0016】本発明によれば、電極反応層と空気極の有
する細孔径の関係を限定したので出力性能に優れる固体
電解質型燃料電池を提供することができる。According to the present invention, since the relationship between the electrode reaction layer and the pore diameter of the air electrode is limited, a solid oxide fuel cell having excellent output performance can be provided.
【0017】この理由は、電極反応層が有する細孔径
が、空気極が有する細孔径より小さいので空気極と電解
質を積層させる場合と比較して電解質との密着性が向上
し、出力性能が向上するためである。The reason for this is that the pore size of the electrode reaction layer is smaller than the pore size of the air electrode, so that the adhesion with the electrolyte is improved and the output performance is improved as compared with the case where the air electrode and the electrolyte are laminated. This is because
【0018】上記目的を達成するために第四の発明は、
電極反応層における空隙率が3〜40%であることを提供
する。In order to achieve the above object, a fourth invention is:
It is provided that the porosity in the electrode reaction layer is 3 to 40%.
【0019】本発明によれば、電極反応層が有する空隙
率を限定したので(1)式の反応を効率良く進めることが
でき、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供す
ることができる。According to the present invention, since the porosity of the electrode reaction layer is limited, the reaction of formula (1) can be efficiently proceeded, and a solid oxide fuel cell having excellent output performance can be provided.
【0020】この理由は、空隙率が3%より小さいと電
極反応層における連通した開気孔が少なすぎるため、電
極反応層内を酸素ガスが効率良く拡散することができず
出力性能が低下するためで、一方、40%より大きいと電
解質と電極反応層の接点が少なくなるので密着性が低下
し、電解質と電極反応層間の接触抵抗が大きくなり、出
力性能が低下するためである。The reason for this is that if the porosity is less than 3%, the number of open pores communicating with each other in the electrode reaction layer is too small, so that oxygen gas cannot efficiently diffuse in the electrode reaction layer and the output performance deteriorates. On the other hand, when it is more than 40%, the contact between the electrolyte and the electrode reaction layer is reduced, so that the adhesiveness is lowered, the contact resistance between the electrolyte and the electrode reaction layer is increased, and the output performance is lowered.
【0021】ここで示す空隙率とは、以下の方法で求め
られたものである。SEMで研磨した電極反応層部分の断
面写真を撮り、透明なフィルム上に空隙部と粒子部を色
分けしてトレースする。色分けされたフィルムを画像処
理にかけて空隙部の割合を算出する。The porosity shown here is obtained by the following method. Take a cross-sectional photograph of the electrode reaction layer portion polished by SEM, and trace the voids and particles on the transparent film in different colors. The color-coded films are subjected to image processing to calculate the ratio of voids.
【0022】上記目的を達成するために第五の発明は、
電極反応層が有する空隙率は、空気極が有する空隙率以
下であることを提供する。In order to achieve the above object, a fifth invention is:
The porosity of the electrode reaction layer is equal to or less than the porosity of the air electrode.
【0023】本発明によれば電極反応層と空気極が有す
る空隙率の関係を限定したので出力性能に優れる固体電
解質型燃料電池を提供することができる。According to the present invention, since the relationship between the porosity of the electrode reaction layer and the air electrode is limited, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance.
【0024】この理由は、電極反応層が有する空隙率
が、空気極の空隙率以下なので空気極と電解質を積層さ
せる場合と比較して電解質との密着性が向上し、出力性
能が向上するためである。This is because the porosity of the electrode reaction layer is less than the porosity of the air electrode, so that the adhesion with the electrolyte is improved and the output performance is improved as compared with the case where the air electrode and the electrolyte are laminated. Is.
【0025】上記目的を達成するために第六の発明は、
電極反応層における厚みが3〜50μmであることを提供
する。A sixth invention for achieving the above object is as follows:
It is provided that the thickness of the electrode reaction layer is 3 to 50 μm.
【0026】本発明によれば電極反応層の厚みを限定し
たので(1)式の反応を効率良く進めることができ、出力
性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することがで
きる。According to the present invention, since the thickness of the electrode reaction layer is limited, the reaction of formula (1) can be efficiently proceeded, and a solid oxide fuel cell having excellent output performance can be provided.
【0027】この理由は、電極反応層の厚みが3μmよ
り小さいと(1)式の反応を行える反応場が少なくなるの
で出力性能が低下し、一方、厚みが50μmより大きいと
酸素ガスを電極反応層内に効率良く拡散させることがで
きないので出力性能が低下するためである。The reason for this is that if the thickness of the electrode reaction layer is smaller than 3 μm, the number of reaction fields in which the reaction of the formula (1) can be performed is reduced, so that the output performance is deteriorated. This is because the output performance deteriorates because it cannot be efficiently diffused in the layer.
【0028】上記目的を達成するために第七の発明は、
電極反応層における厚みが5〜30μmであることを提供
する。In order to achieve the above object, a seventh invention is:
It is provided that the thickness of the electrode reaction layer is 5 to 30 μm.
【0029】本発明によれば電極反応層の厚みをより限
定したので(1)式の反応をさらに効率良く進めることが
でき、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供す
ることができる。According to the present invention, since the thickness of the electrode reaction layer is further limited, the reaction of the formula (1) can be further efficiently proceeded, and a solid oxide fuel cell excellent in output performance can be provided.
【0030】この理由は、電極反応層の厚みが5〜30μm
の範囲であると、(1)式の反応を行える反応場が多く、
かつ酸素ガスを電極反応層内に効率良く拡散させること
ができるためである。The reason for this is that the thickness of the electrode reaction layer is 5 to 30 μm.
In the range of, there are many reaction fields where the reaction of formula (1) can be performed,
In addition, the oxygen gas can be efficiently diffused in the electrode reaction layer.
【0031】上記目的を達成するために第八の発明は、
電極反応層における厚みは、空気極における厚みより小
さいことを提供する。In order to achieve the above object, an eighth invention is:
The thickness of the electrode reaction layer is smaller than that of the cathode.
【0032】本発明によれば、電極反応層と空気極の厚
みの関係を限定したので出力性能に優れる固体電解質型
燃料電池を提供することができる。According to the present invention, since the relationship between the electrode reaction layer and the thickness of the air electrode is limited, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance.
【0033】この理由は、空気極より電極反応層の方が
厚いと、(1)式の反応を効率良く進めることができなく
なるためである。The reason for this is that if the electrode reaction layer is thicker than the air electrode, the reaction of formula (1) cannot proceed efficiently.
【0034】上記目的を達成するために第九の発明は、
電極反応層がスカンジアを固溶させたジルコニア層(以
下、SSZと示す。)、セリウム酸化物層、スカンジアを
固溶させたジルコニアとセリウム酸化物が所定の重量比
で均一に混合された層(以下、SSZ/セリウム酸化物と示
す。)からなる群のいずれか1種であることを提供す
る。In order to achieve the above object, a ninth invention is:
The electrode reaction layer is a zirconia layer in which scandia is dissolved (hereinafter referred to as SSZ), a cerium oxide layer, and a layer in which zirconia in which scandia is dissolved and cerium oxide are uniformly mixed at a predetermined weight ratio ( Hereinafter, it is provided as any one of the group consisting of SSZ / cerium oxide).
【0035】本発明によれば電極反応層としてSSZ、セ
リウム酸化物、およびSSZ/セリウム酸化物のいずれか1
種であるので900℃以下においても出力性能に優れる固
体電解質型燃料電池を提供することができる。According to the present invention, any one of SSZ, cerium oxide, and SSZ / cerium oxide is used as an electrode reaction layer.
Since it is a seed, it is possible to provide a solid oxide fuel cell excellent in output performance even at 900 ° C or lower.
【0036】この理由は、従来電極反応層に用いられて
いたYSZの酸素イオン導電性よりもSSZ、セリウム酸化
物、およびSSZ/セリウム酸化物の方が高いためである。The reason for this is that SSZ, cerium oxide, and SSZ / cerium oxide are higher than the oxygen ion conductivity of YSZ conventionally used for the electrode reaction layer.
【0037】上記目的を達成するために第十の発明は、
電極反応層にはさらに電子導電率が1000℃で10Scm-1以
上となる材料が含まれていることを提供する。The tenth invention for achieving the above object is as follows:
It is provided that the electrode reaction layer further contains a material having an electronic conductivity of 10 Scm −1 or more at 1000 ° C.
【0038】本発明によれば、電極反応層にはさらに電
子導電性が高い材料が含まれているので(1)式の反応を
効率良く進めることができ、出力性能に優れる固体電解
質型燃料電池を提供することができる。According to the present invention, since the electrode reaction layer further contains a material having high electron conductivity, the reaction of the formula (1) can be efficiently proceeded, and the solid oxide fuel cell excellent in output performance is obtained. Can be provided.
【0039】この理由は、電極反応層に電子導電性が高
い材料が含まれるので(1)式に示す反応を促進させるこ
とができるためである。電子導電率が10Scm-1より小さ
い材料のみであると電極反応層においてIR損が生じ、
(1)式の反応効率が低下するためである。The reason for this is that the electrode reaction layer contains a material having high electron conductivity, so that the reaction represented by the formula (1) can be promoted. IR loss occurs in the electrode reaction layer when the electron conductivity is only a material smaller than 10 Scm -1 ,
This is because the reaction efficiency of the formula (1) decreases.
【0040】上記目的を達成するために第十一の発明
は、電極反応層がランタンマンガナイトとスカンジアを
固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合され
た層(以下、ランタンマンガナイト/SSZと示す。)、ラ
ンタンマンガナイトとセリウム酸化物が所定の重量比で
均一に混合された層(以下、ランタンマンガナイト/セ
リウム酸化物と示す。)、ランタンマンガナイトとスカ
ンジアを固溶させたジルコニアとセリウム酸化物が所定
の重量比で均一に混合された層(以下、ランタンマンガ
ナイト/SSZ/セリウム酸化物と示す。)からなる群のい
ずれか1種の混合体であることを提供する。In order to achieve the above object, an eleventh invention is a layer in which an electrode reaction layer is a layer in which lanthanum manganite and zirconia in which scandia is dissolved as a solid solution are uniformly mixed at a predetermined weight ratio (hereinafter, lanthanum manganite). / SSZ)), a layer in which lanthanum manganite and cerium oxide are uniformly mixed at a predetermined weight ratio (hereinafter referred to as lanthanum manganite / cerium oxide), and lanthanum manganite and scandia are solid-dissolved. And a mixture of zirconia and cerium oxide uniformly mixed in a predetermined weight ratio (hereinafter referred to as lanthanum manganite / SSZ / cerium oxide). To do.
【0041】本発明によれば、電極反応層として電子導
電性の高いランタンマンガナイトと、酸素イオン導電性
の高いSSZおよび/またはセリウム酸化物の混合体を選定
したので、700〜900℃程度の発電温度においても出力性
能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができ
る。According to the present invention, a mixture of lanthanum manganite having a high electron conductivity and SSZ and / or cerium oxide having a high oxygen ion conductivity is selected as the electrode reaction layer. It is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at a power generation temperature.
【0042】この理由は、電子導電性の高いランタンマ
ンガナイトが含まれるので、(1)式の反応を促進させる
ことができることと、700℃程度の低温においても酸素
イオン導電性が高いSSZ、セリウム酸化物、およびSSZ/
セリウム酸化物が含まれるので生成した酸素イオンを電
解質へ効率良く運ぶことができるためである。The reason for this is that lanthanum manganite, which has a high electron conductivity, is included, so that the reaction of the formula (1) can be promoted, and SSZ and cerium, which have a high oxygen ion conductivity even at a low temperature of about 700 ° C. Oxide, and SSZ /
This is because the cerium oxide is included and thus the generated oxygen ions can be efficiently transported to the electrolyte.
【0043】上記目的を達成するために第十二の発明
は、電極反応層におけるSSZにおいてスカンジアの固溶
量が3〜12mol%であることを提供している。In order to achieve the above object, the twelfth invention provides that the solid solution amount of scandia in SSZ in the electrode reaction layer is 3 to 12 mol%.
【0044】本発明によれば、SSZの固溶比率を限定し
たので700〜900℃程度の発電温度においても出力性能に
優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。According to the present invention, since the solid solution ratio of SSZ is limited, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at a power generation temperature of about 700 to 900 ° C.
【0045】スカンジアの固溶量が3〜12mol%であるこ
とが好ましい理由は、この範囲の結晶相が安定であるこ
とと酸素イオン導電性が高いためである。この酸素イオ
ン導電性が高いという観点からは8〜12mol%固溶されて
いるものがより好ましい。The reason why the solid solution amount of scandia is preferably 3 to 12 mol% is that the crystal phase in this range is stable and the oxygen ion conductivity is high. From the viewpoint of high oxygen ion conductivity, a solid solution of 8 to 12 mol% is more preferable.
【0046】また、3〜12mol%の範囲以外が好ましくな
いのは3mol%未満では酸素イオン導電性が低く、発電温
度が低いと出力性能が低下するためで、一方、12mol%
より多いと結晶相が立方晶の他に菱面体晶相が析出し、
酸素イオン導電性が低下するためである。The reason why the range other than 3 to 12 mol% is not preferable is that the oxygen ion conductivity is low at less than 3 mol% and the output performance is deteriorated at a low power generation temperature.
If it is more than the crystal phase, the rhombohedral phase precipitates in addition to the cubic crystal,
This is because the oxygen ion conductivity is reduced.
【0047】上記目的を達成するために第十三の発明
は、電極反応層におけるSSZには、さらにCeO2,Gd2O3,Y2
O3, Yb2O3などの希土類酸化物および Bi2O3の1種または
2種以上の酸化物が固溶され、該酸化物が合計5mol%以
下固溶させていることを提供する。In order to achieve the above-mentioned object, a thirteenth invention is that SSZ in the electrode reaction layer further comprises CeO 2 , Gd 2 O 3 and Y 2
One of rare earth oxides such as O 3 and Yb 2 O 3 and Bi 2 O 3 or
It is provided that two or more kinds of oxides are solid-solved, and the total amount of the oxides is 5 mol% or less.
【0048】本発明によればCeO2,Gd2O3,Y2O3,Yb2O3な
どの希土類酸化物および Bi2O3の1種または2種以上の酸
化物が適量固溶されているので700〜900℃程度の発電温
度においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を
提供することができる。According to the present invention, an appropriate amount of a rare earth oxide such as CeO 2 , Gd 2 O 3 , Y 2 O 3, Yb 2 O 3 and one or more oxides of Bi 2 O 3 are solid-dissolved. Therefore, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at a power generation temperature of about 700 to 900 ° C.
【0049】5mol%以下含まれると好ましいのは酸素イ
オン導電性が高くなるか、材料の焼結性が向上するか少
なくとも一方の効果が生じるためである。すなわち、酸
素イオン導電性が向上すれば、出力性能が向上し、焼結
性が向上すれば低温焼結が可能となるためである。2種
以上固溶させたものは酸素イオン導電性と焼結性の両方
の効果が出る可能性があるので好ましい。一方で5mol
%より多く含むと結晶層として、立方晶の他に菱面体晶
相が析出し、酸素イオン導電性が低下するためである。The content of 5 mol% or less is preferable because at least one of the effects of increasing the oxygen ion conductivity and improving the sinterability of the material occurs. That is, if the oxygen ion conductivity is improved, the output performance is improved, and if the sinterability is improved, the low temperature sintering becomes possible. It is preferable to use a solid solution of two or more kinds because both oxygen ion conductivity and sinterability may be exerted. On the other hand 5 mol
This is because if it is contained in an amount of more than 0.1%, a rhombohedral phase is precipitated as a crystal layer in addition to the cubic crystal, and the oxygen ion conductivity is reduced.
【0050】上記目的を達成するために第十四の発明
は、電極反応層におけるランタンマンガナイトは、LaAM
nO3(但し、A=CaまたはSrのいずれか)で表されるランタ
ンマンガナイトであることを提供する。In order to achieve the above object, the fourteenth invention is that the lanthanum manganite in the electrode reaction layer is LaAM
It is provided that the lanthanum manganite is represented by nO 3 (however, either A = Ca or Sr).
【0051】本発明によれば、電極反応層をLaAMnO3(但
し、A=CaまたはSrのいずれか)で表されるランタンマン
ガナイトとしたので、電子導電性が高く、700〜900℃に
おける発電温度においても出力性能に優れる固体電解質
型燃料電池を提供することができる。According to the present invention, the electrode reaction layer is made of lanthanum manganite represented by LaAMnO 3 (wherein A = Ca or Sr), so that it has high electronic conductivity and power generation at 700 to 900 ° C. It is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at temperature.
【0052】この理由は、700℃以上の空気雰囲気下で
電子導電性が高く、かつ材料として安定であるためであ
る。The reason is that the electron conductivity is high and the material is stable in an air atmosphere at 700 ° C. or higher.
【0053】上記目的を達成するために第十五の発明
は、電極反応層におけるセリウム酸化物は、一般式(CeO
2)1-2X(B2O3)X(但し、B=Sm,Gd,Yのいずれか一種、0.05
≦X≦0.15)で表されることを提供する。In order to achieve the above object, the fifteenth invention provides that the cerium oxide in the electrode reaction layer is of the general formula (CeO
2 ) 1-2X (B 2 O 3 ) X (however, B = Sm, Gd, Y any one, 0.05
≦ X ≦ 0.15) is provided.
【0054】本発明によれば、セリウム酸化物の組成を
限定したので700〜900℃程度の発電温度においても出力
性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することがで
きる。According to the present invention, since the composition of cerium oxide is limited, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at a power generation temperature of about 700 to 900 ° C.
【0055】この理由は、一般式(CeO2)1-2X(B2O3)X(但
し、B=Sm,Gd,Yのいずれか一種、0.05≦X≦0.15)で表さ
れる組成は、酸素イオン導電性が高く700℃程度におい
ても(1)式の反応を効率良く進めることができるためで
ある。The reason is that the composition represented by the general formula (CeO 2 ) 1-2X (B 2 O 3 ) X (provided that any one of B = Sm, Gd and Y, 0.05 ≦ X ≦ 0.15) is This is because the oxygen ion conductivity is high and the reaction of the formula (1) can be efficiently advanced even at about 700 ° C.
【0056】上記目的を達成するために第十六の発明
は、電解質はYSZあるいはSSZであることを提供する。In order to achieve the above object, the sixteenth invention provides that the electrolyte is YSZ or SSZ.
【0057】本発明によれば、電解質材料をYSZあるい
はSSZとしたので700〜900℃においても高い出力性能を
得ることが可能な固体電解質型燃料電池を提供すること
ができる。According to the present invention, since the electrolyte material is YSZ or SSZ, it is possible to provide a solid oxide fuel cell capable of obtaining high output performance even at 700 to 900 ° C.
【0058】この理由は、YSZおよびSSZが酸素イオン導
電性が高く、材料として安定であるためである。酸素イ
オン導電性が高いという観点からは適当な量を固溶させ
たイットリア、スカンジアを固溶させたジルコニアが好
ましい。The reason for this is that YSZ and SSZ have high oxygen ion conductivity and are stable as materials. From the viewpoint of high oxygen ion conductivity, yttria in which an appropriate amount is dissolved and zirconia in which scandia is dissolved are preferable.
【0059】上記目的を達成するために第十七の発明
は、空気極は、LaAMnO3(但し、A=CaまたはSrのいずれ
か)で表されるランタンマンガナイトであることを提供
している。In order to achieve the above object, the seventeenth invention provides that the air electrode is lanthanum manganite represented by LaAMnO 3 (provided that either A = Ca or Sr). .
【0060】本発明によれば空気極における組成を限定
したので700〜900℃における発電温度においても出力性
能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができ
る。According to the present invention, since the composition of the air electrode is limited, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at a power generation temperature of 700 to 900 ° C.
【0061】この理由は、700℃以上の空気雰囲気下で
電子導電性が高く、かつ材料として安定であるためであ
る。The reason for this is that the electron conductivity is high and the material is stable in an air atmosphere at 700 ° C. or higher.
【0062】上記目的を達成するために第十八の発明
は、燃料極は、NiOとイットリアを固溶させたジルコニ
アが所定の重量比で均一に混合された層(以下、NiO/YS
Zと示す。)からなることを提供している。In order to achieve the above object, the eighteenth aspect of the invention is that the fuel electrode has a layer (hereinafter, referred to as NiO / YS) in which zirconia, which is a solid solution of NiO and yttria, is uniformly mixed.
Denote by Z. ) Is provided.
【0063】本発明によれば燃料極をNiO/YSZとしたの
で出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供するこ
とができる。According to the present invention, since the fuel electrode is NiO / YSZ, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance.
【0064】この理由は、Niが含まれるので電子導電性
が高いことと、YSZを混合させているのでNiの凝集を抑
えることができ、耐久性に優れるためである。ここで示
すNiO/YSZとは、NiOとYSZが所定の重量比で均一に混合
された層を示す。The reason for this is that since Ni is contained, the electron conductivity is high, and because YSZ is mixed, the agglomeration of Ni can be suppressed and the durability is excellent. The NiO / YSZ shown here is a layer in which NiO and YSZ are uniformly mixed in a predetermined weight ratio.
【0065】上記目的を達成するために第十九の発明
は、燃料極と電解質の間には、NiOとスカンジアを固溶
させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層
(以下、、NiO/SSZと示す。)からなる燃料側電極反応
が介在されていることを提供する。In order to achieve the above object, the nineteenth invention is a layer in which zirconia containing NiO and scandia as a solid solution is uniformly mixed in a predetermined weight ratio between the fuel electrode and the electrolyte (hereinafter, referred to as , NiO / SSZ)) is interposed.
【0066】本発明によれば電解質側にYSZより酸素イ
オン導電性が高いSSZをNiOと混合させた層を設けたので
700℃の作動温度下においても出力性能に優れる固体電
解質型燃料電池を提供できる。According to the present invention, the electrolyte side is provided with a layer in which SSZ having higher oxygen ion conductivity than YSZ is mixed with NiO.
It is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at an operating temperature of 700 ° C.
【0067】この理由は、燃料側電極反応層の酸素イオ
ン導電性が高いと、電解質と燃料極の間で起こる(3),
(4)式を効率良く進めることができるためである。700℃
程度の作動温度下でも出力性能が優れるのはSSZの酸素
イオン導電性が700℃においても十分高いためである。
なお、NiO/SSZおよびNiO/YSZにおけるNiOは燃料電池の
運転雰囲気下ではNiに還元され、該層はNi/SSZおよびNi
/YSZとなる。
H2+O2-→H2O+2e- … (3)
CO+O2-→CO2+2e- … (4)The reason for this is that if the oxygen ion conductivity of the fuel side electrode reaction layer is high, it occurs between the electrolyte and the fuel electrode (3),
This is because equation (4) can be advanced efficiently. 700 ° C
The output performance is excellent even at a moderate operating temperature because the oxygen ion conductivity of SSZ is sufficiently high even at 700 ° C.
Incidentally, NiO in NiO / SSZ and NiO / YSZ is reduced to Ni under the operating atmosphere of the fuel cell, and the layer is Ni / SSZ and Ni.
/ YSZ. H 2 + O 2- → H 2 O + 2e - ... (3) CO + O 2- → CO 2 + 2e - ... (4)
【0068】上記目的を達成するために第二十の発明
は、インターコネクターは、Caを固溶させたランタンク
ロマイトであることを提供する。In order to achieve the above object, the 20th invention provides that the interconnector is a lanthanum chromite containing Ca as a solid solution.
【0069】本発明によればCaを固溶させたランタンク
ロマイトを採用することでガス透過性の無い膜を作製し
やすくかつ電子導電性が高いインターコネクターを作製
することができる。According to the present invention, the use of lanthanum chromite containing Ca as a solid solution makes it possible to easily produce a film having no gas permeability and to produce an interconnector having high electronic conductivity.
【0070】この理由は、Ca以外のものを固溶させたラ
ンタンクロマイトではガス透過性の無い膜を作製するた
めに1500℃より高い温度の焼成が必要であり、この温度
で固体電解質型燃料電池を焼成すると他の構成材料間で
反応が起こり、出力性能を低下させるためである。The reason for this is that lanthanum chromite containing a solid solution of a substance other than Ca requires firing at a temperature higher than 1500 ° C. in order to form a film having no gas permeability, and at this temperature, a solid oxide fuel cell is required. This is because firing of causes a reaction between other constituent materials and reduces output performance.
【0071】ここで示すガス透過性が無い膜とは、イン
ターコネクターの片面とその反対側面の間に圧力差を設
け、その間を透過するガス透過量で評価され、ガス透過
量Q≦2.8×10-9ms-1Pa-1(より好ましくはQ≦2.8×10
-10ms-1Pa-1)であるものを指す。The membrane having no gas permeability shown here is evaluated by the gas permeation amount permeating between the one side and the opposite side of the interconnector, and the gas permeation amount Q ≦ 2.8 × 10 5. -9 ms -1 Pa -1 (more preferably Q ≦ 2.8 × 10
-10 ms -1 Pa -1 ).
【0072】[0072]
【発明の実施形態】本発明における固体電解質型燃料電
池について図1を用いて説明する。図1は、円筒タイプ
の固体電解質型燃料電池の断面を示す図である。円筒状
の空気極支持体1上に帯状のインターコネクター2、電
解質3、さらに電解質3の上にインターコネクター2と
接触しないように燃料極4が構成されている。空気極支
持体の内側にAirを流し、外側に燃料を流すとAir中の酸
素が空気極と電解質の界面で酸素イオンに変わり、この
酸素イオンが電解質を通って燃料極に達する。そして、
燃料ガスと酸素イオンが反応して水および二酸化炭素に
なる。これらの反応は(3),(4)式で示される。燃料極4
とインターコネクター2を接続することによって外部へ
電気を取り出すことができる。
H2+O2-→H2O+2e- … (3)
CO+O2-→CO2+2e- … (4)BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a view showing a cross section of a cylindrical solid oxide fuel cell. A strip-shaped interconnector 2 and an electrolyte 3 are provided on a cylindrical air electrode support 1, and a fuel electrode 4 is provided on the electrolyte 3 so as not to come into contact with the interconnector 2. When Air is supplied to the inside of the air electrode support and fuel is supplied to the outside, oxygen in Air is converted into oxygen ions at the interface between the air electrode and the electrolyte, and the oxygen ions reach the fuel electrode through the electrolyte. And
Fuel gas and oxygen ions react to produce water and carbon dioxide. These reactions are shown by the equations (3) and (4). Fuel pole 4
Electricity can be extracted to the outside by connecting the and the interconnector 2. H 2 + O 2- → H 2 O + 2e - ... (3) CO + O 2- → CO 2 + 2e - ... (4)
【0073】図2は、空気極1と電解質3の間に電極反応
層5を、そして電解質3と燃料極4の間に燃料側電極反応
層6を設けたタイプについて示した断面図である。電極
反応層5は空気極側からの酸素ガスと電子から酸素イオ
ンが生成する(1)式の反応を効率良く行うために設けら
れた層であり、この電極反応層で生成した酸素イオンが
電解質を通って燃料極側に移動する。そして、燃料側電
極反応層6で(3),(4)式に示す反応が行われ、燃料極4
とインターコネクター2を接続することで外部へ電気を
取り出すことができる。それゆえ、700℃程度の低温ま
で高い出力特性を得るには電極反応層、電解質および燃
料側電極反応層が重要となる。
O2+4e-→2O2- … (1)FIG. 2 is a sectional view showing a type in which an electrode reaction layer 5 is provided between the air electrode 1 and the electrolyte 3 and a fuel side electrode reaction layer 6 is provided between the electrolyte 3 and the fuel electrode 4. The electrode reaction layer 5 is a layer provided to efficiently perform the reaction of the formula (1) in which oxygen ions are generated from oxygen gas and electrons from the air electrode side, and the oxygen ions generated in this electrode reaction layer are electrolytes. To the fuel electrode side. Then, the reactions shown in the equations (3) and (4) are performed in the fuel-side electrode reaction layer 6, and the fuel electrode 4
Electricity can be extracted to the outside by connecting the and the interconnector 2. Therefore, the electrode reaction layer, the electrolyte, and the fuel side electrode reaction layer are important for obtaining high output characteristics up to a low temperature of about 700 ° C. O 2 + 4e - → 2O 2- ... (1)
【0074】本発明における電極反応層の役割は固体電
解質型燃料電池の空気雰囲気下で(1)式の反応を効率良
く行うことである。このためには、電極反応層として
は、少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含み、連
通した開気孔を有することが要求される。反応効率を向
上させるために細孔径、空隙率等の適正化を図ることが
好ましい。この観点から電極反応層としては、細孔径が
小さく、空隙率が大きいことが好ましい。The role of the electrode reaction layer in the present invention is to efficiently perform the reaction of the formula (1) in the air atmosphere of the solid oxide fuel cell. For this purpose, the electrode reaction layer is required to include at least a catalyst for ionizing oxygen gas and have open pores communicating with each other. In order to improve the reaction efficiency, it is preferable to optimize the pore size and the porosity. From this viewpoint, the electrode reaction layer preferably has a small pore size and a large porosity.
【0075】本発明における電極反応層は少なくとも酸
素ガスをイオン化する触媒を含んでいればよく特に限定
はない。LaAMnO3(A=Sr or Ca)で表されるランタンマン
ガナイト、LaSrCoFeO3で表されるランタンコバルタイ
ト、YSZ、SSZなどを挙げることができる。また、電極反
応層の組成は空気極と同じであっても良い。The electrode reaction layer in the present invention is not particularly limited as long as it contains at least a catalyst for ionizing oxygen gas. Examples include lanthanum manganite represented by LaAMnO 3 (A = Sr or Ca), lanthanum cobaltite represented by LaSrCoFeO 3 , YSZ, SSZ, and the like. The composition of the electrode reaction layer may be the same as that of the air electrode.
【0076】電極反応層の材料としては酸素イオン導電
性が高いことが好ましい。また、電極反応層にさらに電
子導電性を有すると(1)式の反応をより促進させること
ができることからより好ましい。さらに、電解質材料と
の熱膨張係数が近く、電解質および空気極との反応性が
低く、密着性が良好である材料であることが好ましい。
これらのすべての特性に対し良好な材料であれば、700
℃程度の低温においても高い出力特性を得ることが可能
である。上記観点からSSZ及び/又はセリウム酸化物、ラ
ンタンマンガナイト/SSZ、ランタンマンガナイト/セリ
ウム酸化物、SSZ/セリウム酸化物、ランタンマンガナイ
ト/SSZ/セリウム酸化物などが好ましい。The material for the electrode reaction layer preferably has high oxygen ion conductivity. Further, it is more preferable that the electrode reaction layer further has electronic conductivity because the reaction of the formula (1) can be further promoted. Further, it is preferable that the material has a thermal expansion coefficient close to that of the electrolyte material, low reactivity with the electrolyte and the air electrode, and good adhesion.
A good material for all these properties is 700
It is possible to obtain high output characteristics even at a low temperature of about ° C. From the above viewpoint, SSZ and / or cerium oxide, lanthanum manganite / SSZ, lanthanum manganite / cerium oxide, SSZ / cerium oxide, lanthanum manganite / SSZ / cerium oxide and the like are preferable.
【0077】本発明における電極反応層に含まれる酸素
ガスをイオン化する触媒には酸素イオン導電性が高い材
料が含まれていることが好ましい。この理由は、酸素イ
オン導電率の高い材料が含まれていると電極反応層で生
成した酸素イオンを電解質へ効率良く運ぶことができる
ためである。この観点から酸素イオン導電率としては、
1000℃で0.1Scm-1以上あることが好ましい。In the present invention, the catalyst for ionizing the oxygen gas contained in the electrode reaction layer preferably contains a material having high oxygen ion conductivity. The reason for this is that if a material having a high oxygen ion conductivity is contained, the oxygen ions generated in the electrode reaction layer can be efficiently transported to the electrolyte. From this viewpoint, as the oxygen ion conductivity,
It is preferably 0.1 Scm -1 or more at 1000 ° C.
【0078】1000℃で0.1Scm-1以上の酸素イオン導電性
を有する材料としては、SSZ、セリウム酸化物、SSZとセ
リウム酸化物の混合層、YSZ、(La1-xSrxGa1-yMgyO3)や
(La1-xSrxGa1-y―zMgyCozO3)で表されるランタンガレ
ートなどが挙げられる。また、SSZとランタンガレート
を混合させたものやSSZにCeO2やBi2O3などを固溶させた
ものなどもこれに該当するので好ましい。As the material having oxygen ion conductivity of 0.1 Scm −1 or more at 1000 ° C., SSZ, cerium oxide, a mixed layer of SSZ and cerium oxide, YSZ, (La 1-x Sr x Ga 1-y Mg y O 3 )
Examples include lanthanum gallate represented by (La 1-x Sr x Ga 1-y-z Mg y Co z O 3 ). Further, a mixture of SSZ and lanthanum gallate, a mixture of SSZ with CeO 2 , Bi 2 O 3 or the like as a solid solution, and the like are also suitable, and therefore preferable.
【0079】本発明における電極反応層に含まれる電子
導電率が1000℃で10Scm-1以上となる材料としては、特
に限定はない。LaAMnO3(A=Sr or Ca)で表されるランタ
ンマンガナイト、LaSrCoFeO3で表されるランタンコバル
タイト、LaSrFeO3、LaSrFeCoO3、LaNiO3、SmSrCoO3、Gd
SrCoO3などが挙げられる。There is no particular limitation on the material having an electronic conductivity of 10 Scm −1 or more at 1000 ° C., which is contained in the electrode reaction layer in the present invention. LaAMnO 3 (A = Sr or Ca ) represented by lanthanum manganite, lanthanum cobaltite represented by LaSrCoFeO 3, LaSrFeO 3, LaSrFeCoO 3 , LaNiO 3, SmSrCoO 3, Gd
Examples include SrCoO 3 .
【0080】本発明における電極反応層におけるランタ
ンマンガナイトとしては、LaAMnO3(A=Sr or Ca)で表さ
れるランタンマンガナイトが好ましいとしているが、70
0℃以上における電子導電性、材料の安定性等から(La
1-xAx)yMnO3におけるx,yの値は0.15≦x≦0.3、0.97≦y
≦1の範囲がより好ましい。Although lanthanum manganite represented by LaAMnO 3 (A = Sr or Ca) is preferred as the lanthanum manganite in the electrode reaction layer in the present invention, 70
Due to electronic conductivity and material stability at 0 ° C and above (La
1-x Ax) y The values of x and y in MnO 3 are 0.15 ≦ x ≦ 0.3, 0.97 ≦ y
The range of ≦ 1 is more preferable.
【0081】この理由は、x<0.15、x>0.3の範囲では
電子導電性が低下するためで、y<0.97では反応性が高
くなり電極反応層の活性を低下させるためで、y>1では
ジルコニアと反応してLa2Zr2O7で示される絶縁層を生成
するためにセルの出力性能を低下させるためである。The reason for this is that the electron conductivity decreases in the range of x <0.15 and x> 0.3, and the reactivity becomes high and the activity of the electrode reaction layer decreases when y <0.97. This is because it reacts with zirconia to form an insulating layer represented by La 2 Zr 2 O 7 and reduces the output performance of the cell.
【0082】本発明における電極反応層におけるランタ
ンマンガナイトは、Ce,Sm,Gd,Pr,Nd,Co,Al,Fe,Cr,Ni,C
a,Sr等を固溶させたものであっても良い。The lanthanum manganite in the electrode reaction layer in the present invention is Ce, Sm, Gd, Pr, Nd, Co, Al, Fe, Cr, Ni, C.
It may be a solid solution of a, Sr, or the like.
【0083】本発明における電極反応層に使用される原
料粉末の平均粒子径は、0.5〜10μm程度、BET値が0.5〜
20m2g-1程度が好ましい。この理由は、平均粒子径が0.
5μmより小さい原料からなる電極反応層では連通した開
気孔がほとんどなくなるため酸素ガスの拡散が低く、
(1)式の反応を効率よく行うことができないためで、一
方10μmより大きい原料から構成された電極反応層で
は、焼結性が低く空気極および電解質との密着性が低下
し出力性能が低下するためである。一方、BET値が0.5m
2g-1より小さいもので構成された電極反応層では、(1)
式の反応を起こす活性点が少ないため高い出力性能が得
られないためで、BET値が20m2g-1より大きいもので構
成された電極反応層では連通した開気孔がほとんどなく
なるため酸素ガスの拡散が低く、(1)式の反応を効率よ
く行うことができないためである。Raw materials used for the electrode reaction layer in the present invention
The average particle diameter of the powder is 0.5 to 10 μm, and the BET value is 0.5 to
20m2g-1A degree is preferable. The reason for this is that the average particle size is 0.
In the electrode reaction layer consisting of raw material smaller than 5 μm
Oxygen gas diffusion is low because there are almost no pores,
This is because the reaction of formula (1) cannot be carried out efficiently.
Electrode reaction layer composed of raw material larger than 10 μm
Has low sinterability and poor adhesion to air electrode and electrolyte
The output performance is reduced. On the other hand, BET value is 0.5m
2g-1In the electrode reaction layer composed of smaller ones, (1)
High output performance is obtained because there are few active points that cause the equation reaction
The BET value is 20m2g-1Bigger one
The formed electrode reaction layer has few open pores
Therefore, the diffusion of oxygen gas is low and the reaction of equation (1) can be performed efficiently.
This is because it cannot be done easily.
【0084】本発明における電極反応層は電極活性を高
めるために原料粉末の平均粒子径の傾斜やBET値を傾斜
させた構造でも良い。例えば、空気極側から電解質方向
へ平均粒子径を5μm、3μm、1μmとすることやBET値
を1m2g-1、3m2g-1、5m2g- 1とするようなものでも
良い。(1)式の反応を効率良く行うという観点からは平
均粒子径やBET値を傾斜させたものから構成された電極
反応層の方が好ましい。The electrode reaction layer in the present invention may have a structure in which the average particle diameter of the raw material powder and the BET value are inclined in order to enhance the electrode activity. For example, 5 [mu] m average particle size from the air electrode side to the electrolyte direction, 3 [mu] m, 1 [mu] m to be or BET value 1m 2 g -1, 3m 2 g -1, 5m 2 g - may be as a 1. From the viewpoint of efficiently carrying out the reaction of the formula (1), an electrode reaction layer composed of a material having an inclined average particle diameter or BET value is preferable.
【0085】ここで示すBET値とは、島津製作所製の流
動式比表面積測定装置フローソーブII2300形を用いて測
定して得られた値である。また、粒度分布は島津製作所
製のレーザ回折式粒度分布測定装置SALD-2000を用いて
測定して得られた値である。さらに、平均粒子径とは、
島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置SALD-200
0を用いて測定して得られるメディアン径(50%径)の値
である。The BET value shown here is a value obtained by measurement using a flow-type specific surface area measuring apparatus Flowsorb II2300 manufactured by Shimadzu Corporation. The particle size distribution is a value obtained by measurement using a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-2000 manufactured by Shimadzu Corporation. Furthermore, the average particle size is
Shimadzu laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-200
It is the value of the median diameter (50% diameter) obtained by measurement using 0.
【0086】本発明における電極反応層においてランタ
ンマンガナイト/SSZなどの混合体における重量比率につ
いては10/90〜90/10程度が好ましい。この理由は、SSZ
の重量比率が10重量%より小さいと電極反応層における
酸素イオン導電性が低下し、(1)式で生成した酸素イオ
ンを電解質へ効率良く送ることができず、出力性能が低
下するためで、一方、SSZの重量比率が90重量%より大
きいと電極反応層における電子導電性が低下し、(1)式
に示す反応が起こりにくくなるためである。In the electrode reaction layer of the present invention, the weight ratio of the mixture of lanthanum manganite / SSZ or the like is preferably about 10/90 to 90/10. The reason for this is SSZ
When the weight ratio of is less than 10% by weight, the oxygen ion conductivity in the electrode reaction layer is reduced, oxygen ions generated by the formula (1) cannot be efficiently sent to the electrolyte, and the output performance is reduced. On the other hand, if the weight ratio of SSZ is more than 90% by weight, the electron conductivity in the electrode reaction layer is lowered, and the reaction represented by the formula (1) is hard to occur.
【0087】本発明における電極反応層においてランタ
ンマンガナイト/SSZなどの混合体を用いる場合、電極活
性を高めるために組成を傾斜させた構造でも良い。例え
ば、空気極側から電解質方向へランタンマンガナイト/S
SZ:80/20、50/50、20/80のようなものでも良い。When a mixture of lanthanum manganite / SSZ or the like is used in the electrode reaction layer of the present invention, the composition may be graded to enhance the electrode activity. For example, from the air electrode side toward the electrolyte, lanthanum manganites / S
SZ: Things like 80/20, 50/50, 20/80 are also acceptable.
【0088】本発明における電極反応層の原料作製法に
ついては特に限定はない。SSZ、セリウム酸化物および
ランタンマンガナイトについては、粉末混合法、共沈
法、噴霧熱分解法、ゾルゲル法などで作製する方法が挙
げられる。There is no particular limitation on the method for preparing the raw material for the electrode reaction layer in the present invention. For SSZ, cerium oxide and lanthanum manganite, methods of producing by a powder mixing method, coprecipitation method, spray pyrolysis method, sol-gel method and the like can be mentioned.
【0089】また、ランタンマンガナイト/SSZなどの混
合体における原料合成の場合は、各々の材料を別々に作
製後スプレードライ法などの湿式法により混合し、さら
に熱処理をして混合体を得る方法や万能攪拌混合機など
を用いて混合する乾式法により混合し、さらに熱処理し
て混合体を得る方法などを挙げることができる。In the case of synthesizing the raw materials in the mixture of lanthanum manganite / SSZ, the respective materials are separately prepared, and then mixed by a wet method such as a spray drying method, and further heat treated to obtain a mixture. And a method of mixing by a dry method of mixing using a universal stirring mixer or the like and further heat-treating to obtain a mixture.
【0090】本発明における電解質は、固体電解質型燃
料電池の空気雰囲気および燃料ガス雰囲気において酸素
イオン導電性が高い、ガス透過性が無い、電子導電性が
無いことが好ましい。この観点からイットリアあるいは
スカンジアを固溶させたジルコニアが好ましい。また、
イットリアとスカンジアを固溶させたジルコニアであっ
ても良い。The electrolyte in the present invention preferably has high oxygen ion conductivity, no gas permeability, and no electron conductivity in the air atmosphere and the fuel gas atmosphere of the solid oxide fuel cell. From this viewpoint, zirconia in which yttria or scandia is dissolved is preferable. Also,
It may be zirconia which is a solid solution of yttria and scandia.
【0091】本発明におけるYSZおよびSSZにおけるイッ
トリアおよびスカンジアの固溶量としては、3〜12mol程
度が好ましい。The solid solution amount of yttria and scandia in YSZ and SSZ in the present invention is preferably about 3 to 12 mol.
【0092】イットリアの固溶範囲を3〜12mol%が好ま
しい理由は、3モル%未満であると酸素イオン導電性が
低くなるためで、一方、12モル%より多いと結晶相が立
方晶の他に菱面体晶相が析出し、酸素イオン導電性が低
下するためである。The reason why the solid solution range of yttria is preferably 3 to 12 mol% is that the oxygen ion conductivity is lowered when it is less than 3 mol%, while the crystal phase of cubic crystal is other than cubic when it is more than 12 mol%. This is because the rhombohedral crystal phase is precipitated in and the oxygen ion conductivity is reduced.
【0093】しかし、イットリアの固溶量が3〜12mol%
の範囲においても900〜1000℃では酸素イオン導電性が
高いが900℃を下回ると大きく低下する。それゆえ、700
℃程度の低温でYSZを電解質に採用する場合は薄膜にし
て使用することが好ましい。However, the solid solution amount of yttria is 3 to 12 mol%.
Even in the range, the oxygen ion conductivity is high in the range of 900 to 1000 ° C, but greatly decreases below 900 ° C. Therefore 700
When YSZ is used as an electrolyte at a low temperature of about ℃, it is preferable to use it as a thin film.
【0094】この理由は薄膜にすることで電解質内部の
抵抗ロスを少なくすることができ、700℃でも高い出力
性能を得ることができるためである。The reason for this is that the use of a thin film can reduce the resistance loss inside the electrolyte and obtain a high output performance even at 700 ° C.
【0095】ここで示す薄膜とは、電解質の膜厚が50μ
m以下のものを示す。The thin film shown here means that the thickness of the electrolyte is 50 μm.
Indicates less than m.
【0096】一方、前記スカンジア固溶範囲を3〜12mol
%に限定した理由は、3mol%未満であると酸素イオン導
電性が低くなるためで、一方、12mol%より多いと結晶
相が立方晶の他に菱面体晶相が析出し、酸素イオン導電
性が低下するためである。On the other hand, the scandia solid solution range is 3 to 12 mol.
The reason for limiting to 10% is that if it is less than 3 mol%, the oxygen ion conductivity will be low. On the other hand, if it is more than 12 mol%, the crystal phase will be cubic and rhombohedral phases will precipitate, and the oxygen ion conductivity will be reduced. This is because the
【0097】スカンジアの固溶範囲が好ましい理由は、
この組成範囲では結晶相が安定であることと酸素イオン
導電性が高いためである。この酸素イオン導電性が高い
という観点からはスカンジアが8〜12mol%固溶された
ものがより好ましい。The reason why the solid solution range of scandia is preferable is that
This is because the crystal phase is stable and the oxygen ion conductivity is high in this composition range. From the viewpoint of high oxygen ion conductivity, scandia solid solution containing 8 to 12 mol% is more preferable.
【0098】ここで示すガス透過性が無い電解質とは、
電解質の片面とその反対側面の間に圧力差を設け、その
間を透過するガス透過量で評価され、ガス透過量Q≦2.
8×10- 9ms-1Pa-1(より好ましくはQ≦2.8×10-10ms-1P
a-1)であるものを指す。The electrolyte having no gas permeability shown here is
A pressure difference is provided between one side and the other side of the electrolyte, and the amount of gas permeated through the gap is evaluated, and the amount of gas permeation Q ≦ 2.
8 × 10 - 9 ms -1 Pa -1 ( more preferably Q ≦ 2.8 × 10 -10 ms -1 P
a -1 ).
【0099】本発明における電解質にはCeO2,Sm2O3,Gd2
O3,Bi2O3などを5mol%以下固溶させたものであっても良
い。特にスカンジアを固溶させたジルコニアにおいては
これらの組成を微量含んでいた方が酸素イオン導電性が
高くなったり、低温焼結が可能となることから含んでい
る方が好ましい。また、ガス透過性が無い電解質を作製
するために焼結助剤を微量添加させても良い。焼結助剤
としてはAl2O3、SiO2などを挙げることができる。CeO 2 , Sm 2 O 3 , and Gd 2 are used as the electrolyte in the present invention.
It may be a solid solution of O 3, Bi 2 O 3 or the like in an amount of 5 mol% or less. In particular, in zirconia containing solid solution of scandia, it is preferable that a small amount of these compositions is contained because oxygen ion conductivity becomes high and low temperature sintering becomes possible. Further, a small amount of a sintering aid may be added to produce an electrolyte having no gas permeability. Examples of the sintering aid include Al 2 O 3 and SiO 2 .
【0100】本発明における電解質原料の作製法につい
てはスカンジアやイットリアの固溶を均一にできる方法
であれば良く特に限定はない。共沈法が一般的である。The method for producing the electrolyte raw material in the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of uniformly forming the solid solution of scandia or yttria. The coprecipitation method is common.
【0101】本発明における空気極は固体電解質型燃料
電池の空気雰囲気において電子導電性が高い、酸素ガス
透過性が高いものであることが好ましい。この観点から
はLaAMnO3(A=Sr or Ca)で表されるランタンマンガナイ
ト、LaSrCoFeO3で表されるランタンコバルタイト、LaSr
FeO3、LaSrFeCoO3、LaNiO3、SmSrCoO3、GdSrCoO3などが
好ましい。The air electrode in the present invention preferably has a high electron conductivity and a high oxygen gas permeability in the air atmosphere of the solid oxide fuel cell. From this viewpoint, lanthanum manganite represented by LaAMnO 3 (A = Sr or Ca), lanthanum cobaltite represented by LaSrCoFeO 3 , LaSr
FeO 3 , LaSrFeCoO 3 , LaNiO 3 , SmSrCoO 3 , GdSrCoO 3 and the like are preferable.
【0102】本発明における空気極として、LaAMnO3(A=
Sr or Ca)で表されるランタンマンガナイトが好ましい
としているが、700℃以上における電子導電性、材料の
安定性等から(La1-xAx)yMnO3におけるx,yの値は0.15≦x
≦0.3、0.97≦y≦1の範囲がより好ましい。As the air electrode in the present invention, LaAMnO 3 (A =
Although lanthanum manganite represented by (Sr or Ca) is preferred, the value of x, y in (La 1-x Ax) y MnO 3 is 0.15 ≦ because of the electronic conductivity at 700 ° C. or higher and the stability of the material. x
The range of ≦ 0.3 and 0.97 ≦ y ≦ 1 is more preferable.
【0103】この理由は、x<0.15、x>0.3の範囲では
電子導電性が低下するためで、y<0.97では電極反応層
の活性を低下させるためで、y>1ではジルコニアと反応
してLa2Zr2O7で示される絶縁層を生成するためにセルの
出力性能を低下させるためである。The reason is that the electron conductivity is lowered in the range of x <0.15 and x> 0.3, and the activity of the electrode reaction layer is lowered in the case of y <0.97. When y> 1, it reacts with zirconia. This is because the output performance of the cell is deteriorated because the insulating layer represented by La 2 Zr 2 O 7 is produced.
【0104】本発明における空気極におけるランタンマ
ンガナイトは、Ce,Sm,Gd,Pr,Nd,Co,Al,Fe,Cr,Ni,Ca,Sr
等を固溶させたものであっても良い。The lanthanum manganite at the air electrode in the present invention is Ce, Sm, Gd, Pr, Nd, Co, Al, Fe, Cr, Ni, Ca, Sr.
It may be a solid solution of the above.
【0105】本発明における空気極原料の作製法につい
ては特に限定はない。粉末混合法、共沈法、噴霧熱分解
法、ゾルゲル法などで作製する方法が挙げられる。The method for producing the air electrode raw material in the present invention is not particularly limited. Examples thereof include a powder mixing method, a coprecipitation method, a spray pyrolysis method, and a sol-gel method.
【0106】本発明における空気極が有する細孔径とし
ては、電極反応層が有する細孔径より大きいものであれ
ば良く特に限定は無いが、その他の特性として、高い電
子導電性を有し、高い酸素ガス透過性を有し、電極反応
層との密着性が良好であるものが好ましい。また、本実
施形態で示す空気極を支持体としたタイプでは空気極自
身に強度が要求されるのでさらに高強度を有するものが
好ましい。これらの観点から空気極の細孔径としては、
2〜30μm程度、高強度を有することを考慮すると2〜20
μm程度が好ましい。The pore diameter of the air electrode in the present invention is not particularly limited as long as it is larger than the pore diameter of the electrode reaction layer, but other characteristics include high electron conductivity and high oxygen content. Those having gas permeability and good adhesion to the electrode reaction layer are preferable. Further, in the type shown in the present embodiment in which the air electrode is used as a support, the air electrode itself is required to have strength, and therefore, one having higher strength is preferable. From these viewpoints, as the pore size of the air electrode,
2 to 30 μm, 2 to 20 considering high strength
About μm is preferable.
【0107】本発明における空気極が有する空隙率とし
ては、電極反応層が有する空隙率以上であれば良く特に
限定は無いが、その他の特性として、高い電子導電性を
有し、高い酸素ガス透過性を有し、電極反応層との密着
性が良好であるものが好ましい。また、本実施形態で示
す空気極を支持体としたタイプでは空気極自身に強度が
要求されるのでさらに高強度を有するものが好ましい。
この観点から空気極の空隙率としては、10〜50%程度、
高強度を有することを考慮すると10〜45%程度であるも
のが好ましい。The porosity of the air electrode in the present invention is not particularly limited as long as it is equal to or higher than the porosity of the electrode reaction layer, but other characteristics include high electron conductivity and high oxygen gas permeability. It is preferable that the resin has good properties and has good adhesion to the electrode reaction layer. Further, in the type shown in the present embodiment in which the air electrode is used as a support, the air electrode itself is required to have strength, and therefore, one having higher strength is preferable.
From this viewpoint, the porosity of the air electrode is about 10 to 50%,
Considering that it has high strength, it is preferably about 10 to 45%.
【0108】本発明における空気極における厚みは電極
反応層より厚いものであれば良く特に限定は無いが、そ
の他の特性として、高い電子導電性を有し、高い酸素ガ
ス透過性を有し、電極反応層との密着性が良好であるも
のが好ましい。また、本実施形態で示す空気極を支持体
としたタイプでは空気極自身に強度が要求されるのでさ
らに高強度を有するものが好ましい。この観点から空気
極の厚みとしては30μm〜3mm程度が好ましく、支持体
とした場合を考慮すると1〜3mm程度であるものが好まし
い。The thickness of the air electrode in the present invention is not particularly limited as long as it is thicker than the electrode reaction layer, but other characteristics include high electron conductivity, high oxygen gas permeability, and It is preferable that the adhesiveness to the reaction layer is good. Further, in the type shown in the present embodiment in which the air electrode is used as a support, the air electrode itself is required to have strength, and therefore, one having higher strength is preferable. From this viewpoint, the thickness of the air electrode is preferably about 30 μm to 3 mm, and considering the case of a support, the thickness is preferably about 1 to 3 mm.
【0109】ここで示す高強度を有するとは圧環強度で
10MPa以上を示すものを指す。圧環強度の測定は以下
の方法で試験を行い求められたものである。Having high strength as shown here is radial crushing strength.
It indicates a material that exhibits 10 MPa or more. The radial crushing strength was measured by the following test.
【0110】試験機の圧縮治具の間に試料を置き、上下
から加圧して破壊させ、そのときの荷重値を用いて以下
の式から算出したものである。
σr= P×(D−d)/(I×d2) … (5)
(σr:圧環強度、P:破壊荷重、D:試料外径、d:
肉厚、I:試料長さ)The sample was placed between the compression jigs of the tester, pressed from above and below to be destroyed, and the load value at that time was used to calculate from the following formula. σr = P × (D−d) / (I × d 2 ) ... (5) (σr: radial crushing strength, P: breaking load, D: sample outer diameter, d:
Wall thickness, I: sample length)
【0111】本発明における燃料極は固体電解質型燃料
電池の燃料ガス雰囲気において電子導電性が高い、燃料
ガス透過性が高く、(3),(4)式の反応を効率良く行える
ものであることが好ましい。この観点からは好ましい材
料としてはNiO/YSZ等を挙げることができる。NiOは固体
電解質型燃料電池の発電中に還元されてNiとなり、該層
はNi/YSZとなる。The fuel electrode in the present invention has high electronic conductivity and high fuel gas permeability in the fuel gas atmosphere of the solid oxide fuel cell, and can efficiently carry out the reactions of the formulas (3) and (4). Is preferred. From this viewpoint, NiO / YSZ and the like can be cited as preferable materials. NiO is reduced to Ni during power generation of the solid oxide fuel cell, and the layer becomes Ni / YSZ.
【0112】(3),(4)式の反応を効率良く行うことがで
き、出力性能を向上させるという観点からは電解質と燃
料極の間に燃料側電極反応層を設けることが好ましい。From the viewpoint that the reactions of the equations (3) and (4) can be carried out efficiently and the output performance is improved, it is preferable to provide the fuel side electrode reaction layer between the electrolyte and the fuel electrode.
【0113】本発明における燃料側電極反応層としては
電子導電性と酸素イオン導電性の両方の特性に優れるNi
O/SSZが好ましい。NiOは固体電解質型燃料電池の発電中
に還元されてNiとなり、該層はNi/SSZとなる。また、Ni
O/SSZの比率は重量比で10/90〜50/50が好ましい。この
理由は、10/90未満では電子導電性が低すぎるためで、
一方50/50越えでは酸素イオン導電性が低すぎるためで
ある。As the fuel-side electrode reaction layer in the present invention, Ni, which is excellent in both electronic conductivity and oxygen ion conductivity, is used.
O / SSZ is preferred. NiO is reduced to Ni during power generation of the solid oxide fuel cell, and the layer becomes Ni / SSZ. Also, Ni
The O / SSZ ratio is preferably 10/90 to 50/50 by weight. The reason for this is that the electronic conductivity is too low below 10/90,
On the other hand, when it exceeds 50/50, the oxygen ion conductivity is too low.
【0114】本発明のNiO/SSZにおけるSSZのスカンジア
の固溶量としては、3〜12mol%が好ましい。この理由
は、この範囲であれば酸素イオン導電性が高く(3),(4)
の反応を促進させることができるためである。また、酸
素イオン導電性が700℃程度の低温下においても高いの
で700℃程度の低温まで高い出力性能を有する固体電解
質型燃料電池を提供することができる。The solid solution amount of scandia of SSZ in NiO / SSZ of the present invention is preferably 3 to 12 mol%. The reason is that oxygen ion conductivity is high in this range (3), (4)
This is because the reaction can be promoted. Further, since the oxygen ion conductivity is high even at a low temperature of about 700 ° C., it is possible to provide a solid oxide fuel cell having high output performance up to a low temperature of about 700 ° C.
【0115】本発明のNiO/SSZにおけるSSZにはさらにCe
O2,Sm2O3,Gd2O3,Bi2O3等が5mol%以下程度固溶されてい
ても良い。また、2種以上固溶させたものであっても良
い。これらの材料が固溶されると燃料ガス雰囲気下で酸
素イオン導電性の向上だけでなく電子導電性の向上も期
待できるので含んでいる方が好ましい。Ce is added to SSZ in NiO / SSZ of the present invention.
O 2 , Sm 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Bi 2 O 3 and the like may be solid-dissolved in an amount of about 5 mol% or less. Also, two or more kinds of solid solutions may be used. Since it is expected that not only the improvement of the oxygen ion conductivity but also the improvement of the electronic conductivity under the fuel gas atmosphere can be expected when these materials are solid-dissolved, it is preferable to include them.
【0116】燃料ガス雰囲気下で、酸素イオン導電性が
高く、電子導電性が高いという観点からNiOとSSZとセリ
ウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層(以
下、NiO/SSZ/セリウム酸化物と示す。)であっても良
い。NiOは固体電解質型燃料電池の発電中に還元され
てNiとなり、該層はNi/SSZ/セリウム酸化物とな
る。A layer in which NiO, SSZ, and cerium oxide are uniformly mixed at a predetermined weight ratio (hereinafter referred to as NiO / SSZ /) from the viewpoints of high oxygen ion conductivity and high electron conductivity in a fuel gas atmosphere. Cerium oxide). NiO is reduced to Ni during power generation of the solid oxide fuel cell, and the layer becomes Ni / SSZ / cerium oxide.
【0117】ここで示すセリウム酸化物とは、セリウム
が含まれた酸化物であれば良く特に限定はない。一般式
(CeO2)1-2X(B2O3)X (但し、B=Sm,Gd,Yのいずれか一種、
0.05≦X≦0.15)で表されるものが酸素イオン導電性が高
く、好ましい。The cerium oxide shown here is not particularly limited as long as it is an oxide containing cerium. General formula
(CeO 2 ) 1-2X (B 2 O 3 ) X (However, any one of B = Sm, Gd, Y,
The one represented by 0.05 ≦ X ≦ 0.15) has high oxygen ion conductivity, which is preferable.
【0118】本発明における燃料極はIR損を低くするた
めに電子導電性が高いものであることが好ましい。この
観点からNiO/YSZの比率は重量比で50/50〜90/10が好ま
しい。この理由は、50/50未満では電子導電性が低いた
めで、一方90/10越えではNi粒子の凝集によって出力性
能が低下するためである。The fuel electrode in the present invention preferably has high electron conductivity in order to reduce IR loss. From this viewpoint, the weight ratio of NiO / YSZ is preferably 50/50 to 90/10. The reason for this is that if it is less than 50/50, the electronic conductivity is low, while if it exceeds 90/10, the output performance deteriorates due to the agglomeration of Ni particles.
【0119】本発明における燃料極の組成については、
NiO/YSZ の他にNiO/SSZ、NiO/カルシウムを固溶させた
ジルコニア(以下、NiO/CSZと示す)でも良い。SSZよりYS
Zの方が安価であることからYSZの方が好ましいが、CSZ
はYSZよりさらに安価であることからコストの観点から
はNiO/CSZが最も好ましい。なお、NiO/CSZにおいても燃
料電池発電においてはNi/CSZとなる。Regarding the composition of the fuel electrode in the present invention,
In addition to NiO / YSZ, NiO / SSZ or zirconia in which NiO / calcium is dissolved (hereinafter referred to as NiO / CSZ) may be used. YS from SSZ
YSZ is preferred because Z is cheaper, but CSZ
NiO / CSZ is the most preferable from the viewpoint of cost because is cheaper than YSZ. Note that NiO / CSZ also becomes Ni / CSZ in fuel cell power generation.
【0120】本発明における燃料極原料の合成法につい
てはNiO/SSZおよびYSZなどの燃料極材料が均一に混合さ
れていれば良く特に限定はない。共沈法、スプレードラ
イ法などが挙げられる。The method for synthesizing the fuel electrode raw material in the present invention is not particularly limited as long as the fuel electrode materials such as NiO / SSZ and YSZ are uniformly mixed. A coprecipitation method, a spray dry method, etc. are mentioned.
【0121】本発明におけるインターコネクターは固体
電解質型燃料電池の空気雰囲気および燃料ガス雰囲気に
おいて電子導電性が高い、ガス透過性が無い、酸素イオ
ン導電性が無いものであることが好ましい。この観点か
らランタンクロマイトが好ましい。The interconnector of the present invention preferably has high electron conductivity, no gas permeability, and no oxygen ion conductivity in the air atmosphere and the fuel gas atmosphere of the solid oxide fuel cell. From this viewpoint, lanthanum chromite is preferable.
【0122】ランタンクロマイトは難焼結性であるため
固体電解質型燃料電池の焼成温度(1500℃以下)でガス透
過性の無いインターコネクターを作製することが難し
い。焼結性を向上させるためにCa,Sr,Mgを固溶させて用
いていることが好ましい。焼結性が最も高く、固体電解
質型燃料電池の他材料と同程度の温度でガス透過性の無
い膜を作製できるという点からCaを固溶させたものが最
も好ましい。Since lanthanum chromite is difficult to sinter, it is difficult to produce an interconnector having no gas permeability at the firing temperature (1500 ° C. or lower) of a solid oxide fuel cell. In order to improve the sinterability, it is preferable to use Ca, Sr, and Mg as a solid solution. A solid solution of Ca is most preferable because it has the highest sinterability and can form a membrane having no gas permeability at a temperature similar to that of other materials of the solid oxide fuel cell.
【0123】本発明におけるインターコネクターに用い
られるCaを固溶させたランタンクロマイトの固溶量につ
いては特に限定はない。Ca固溶量が多いほど電子導電性
が高くなるが、材料の安定性が低下することからCaの固
溶量としては、10〜40モル%程度が好ましい。There is no particular limitation on the solid solution amount of lanthanum chromite in which Ca is used as a solid solution used in the interconnector of the present invention. The larger the solid solution amount of Ca, the higher the electronic conductivity, but the stability of the material decreases, so the solid solution amount of Ca is preferably about 10 to 40 mol%.
【0124】本発明におけるインターコネクター原料の
作製法についてはCaを固溶させたランタンクロマイトの
組成を均一に作れることが好ましい。この観点から噴霧
熱分解法、クエン酸塩法などが好ましい。Regarding the method for producing the interconnector raw material in the present invention, it is preferable that the composition of lanthanum chromite in which Ca is dissolved is made uniform. From this viewpoint, the spray pyrolysis method and the citrate method are preferable.
【0125】本発明における固体電解質型燃料電池の形
状については特に限定はなく、平板型、円筒型いずれで
あっても良い。なお、平板型ではインターコネクターを
セパレータと呼び、役割はインターコネクターと同様で
ある。セパレータの場合は、ステンレス等の金属であっ
ても良い。The shape of the solid oxide fuel cell of the present invention is not particularly limited, and it may be either a flat plate type or a cylindrical type. In the flat plate type, the interconnector is called a separator and has the same role as the interconnector. In the case of a separator, a metal such as stainless steel may be used.
【0126】本発明における固体電解質型燃料電池はマ
イクロチューブのタイプ(外径10mm以下より好ましくは5
mm以下)にも適応可能である。The solid oxide fuel cell according to the present invention is of a microtube type (outer diameter of 10 mm or less, more preferably 5 mm or less).
mm or less) is also applicable.
【0127】[0127]
【実施例】(実施例1)図1に示す円筒型固体電解質型燃
料電池に用いた。すなわち、円筒状の空気極支持体1上
に帯状のインターコネクター2、電解質3、さらに電解
質の上にインターコネクターと接触しないように燃料極
4から構成されたものを用いた。また、図2に示すよう
に空気極と電解質の間に電極反応層5が構成され、燃料
極4と電解質3の間には燃料側電極反応層6が構成され
たものを用いた。Example 1 Example 1 A cylindrical solid oxide fuel cell shown in FIG. 1 was used. That is, a belt-shaped interconnector 2, an electrolyte 3, and a fuel electrode 4 on the electrolyte so as not to come into contact with the interconnector were used on a cylindrical air electrode support 1. As shown in FIG. 2, an electrode reaction layer 5 was formed between the air electrode and the electrolyte, and a fuel side electrode reaction layer 6 was formed between the fuel electrode 4 and the electrolyte 3.
【0128】(1)空気極支持体の作製
空気極の組成は、La0.75Sr0.25MnO3組成で表されるSrを
固溶させたランタンマンガナイトで、共沈法で作製後熱
処理して空気電極原料粉末を得た。平均粒子径は、30μ
mであった。押し出し成形法によって円筒状成形体を作
製した。さらに、1500℃で焼成を行い、空気極支持体と
した。空気極支持体の細孔径は14μm、空隙率45%、肉
厚1.5mmであった。(1) Preparation of air electrode support The composition of the air electrode is lanthanum manganite in which Sr represented by La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 composition is dissolved, and the air electrode is prepared by heat treatment after coprecipitation. An electrode raw material powder was obtained. Average particle size is 30μ
It was m. A cylindrical molded body was produced by an extrusion molding method. Further, it was fired at 1500 ° C. to obtain an air electrode support. The pore size of the air electrode support was 14 μm, the porosity was 45%, and the wall thickness was 1.5 mm.
【0129】(2)電極反応層の作製
電極反応層としては、ランタンマンガナイト/SSZとし、
該組成およびその重量比率としては、La0.75Sr0.25MnO3
/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50を用いた。La,Sr,M
n,ZrおよびScの各々の硝酸塩水溶液を用いて、前記組成
になるように調合した後、シュウ酸を加え沈殿させた。
該沈殿物をさらに熱処理し、粒径を制御した後原料粉末
を得た。平均粒子径は2μmであった。該電極反応層粉末
40重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー
(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ポリオキシエタ
レンアルキルソン酸エステル)1重量部、消泡剤(ソルビ
タンセスキオレート)1重量部とを混合した後、十分攪
拌してスラリーを調整した。このスラリー粘度は100mPa
sであった。前記スラリーを、空気極支持体(外径15m
m、肉厚1.5mm、有効長400mm)上にスラリーコート
法で成膜した後に1400℃で焼結させた。厚さは20μmで
あった。(2) Preparation of electrode reaction layer The electrode reaction layer was lanthanum manganite / SSZ,
The composition and the weight ratio thereof are La 0.75 Sr 0.25 MnO 3
/ 90 mol% ZrO 2 -10 mol% Sc 2 O 3 = 50/50 was used. La, Sr, M
After using each of the aqueous nitrate solutions of n, Zr and Sc to prepare the above composition, oxalic acid was added to cause precipitation.
The precipitate was further heat-treated to control the particle size to obtain a raw material powder. The average particle size was 2 μm. The electrode reaction layer powder
40 parts by weight are mixed with 100 parts by weight of solvent (ethanol), 2 parts by weight of binder (ethyl cellulose), 1 part by weight of dispersant (polyoxyethalene alkylsonate), 1 part by weight of defoaming agent (sorbitan sesquioleate). After that, it was sufficiently stirred to prepare a slurry. This slurry viscosity is 100mPa
It was s. The above slurry was used as an air electrode support (external diameter 15 m
m, wall thickness 1.5 mm, effective length 400 mm) was formed into a film by the slurry coating method and then sintered at 1400 ° C. The thickness was 20 μm.
【0130】(3)電解質のスラリー作製:電解質材料
はSSZで、該組成は、90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3であ
る。ZrO2 を100℃で加熱した3N以上の濃硝酸に溶解さ
せ、蒸留水で希釈した後、硝酸塩水溶液を得た。Sc2O3
についても同様の方法から硝酸塩水溶液を得た。各々の
硝酸塩水溶液を前記組成になるように調合し、シュウ酸
水溶液を加え、共沈させた。共沈して得られた液を200
℃程度で乾燥し、500℃で熱分解、さらに800℃で10時間
熱処理をして原料粉末を得た。平均粒子径は0.5μmであ
った。該粉末40重量部を溶媒(エタノール)100重量部、
バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ポリ
オキシエタレンアルキルソン酸エステル)1重量部、消泡
剤(ソルビタンセスキオレート)1重量部とを混合した
後、十分攪拌してスラリーを調整した。このスラリー粘
度は140mPasであった。(3) Preparation of electrolyte slurry: The electrolyte material was SSZ, and the composition was 90 mol% ZrO 2 -10 mol% Sc 2 O 3 . ZrO 2 was dissolved in 3N or more concentrated nitric acid heated at 100 ° C. and diluted with distilled water to obtain a nitrate aqueous solution. Sc 2 O 3
An aqueous nitrate solution was obtained by the same method. Each nitrate aqueous solution was prepared so as to have the above composition, an oxalic acid aqueous solution was added, and coprecipitation was performed. 200 liquid obtained by co-precipitation
It was dried at about ℃, pyrolyzed at 500 ℃, and further heat-treated at 800 ℃ for 10 hours to obtain raw material powder. The average particle size was 0.5 μm. 40 parts by weight of the powder is 100 parts by weight of a solvent (ethanol),
After mixing 2 parts by weight of a binder (ethyl cellulose), 1 part by weight of a dispersant (polyoxyetalene alkylsonate), and 1 part by weight of a defoaming agent (sorbitan sesquioleate), the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry. The viscosity of this slurry was 140 mPas.
【0131】(4)電解質の作製
電極反応層上に、スラリーコート法で成膜し、1400℃で
焼成した。得られた電解質の厚さは、30μmであった。
なお、後工程でインターコネクターを成膜する部分につ
いてはマスキングを施し、膜が塗布されないようにして
おいた。(4) Preparation of Electrolyte A film was formed on the electrode reaction layer by a slurry coating method and baked at 1400 ° C. The thickness of the obtained electrolyte was 30 μm.
Note that masking was applied to a portion where an interconnector was formed in a later step so that the film was not applied.
【0132】(5)燃料側電極反応層のスラリー作製
燃料側電極反応層の材料としてはNiO/SSZとし、該組成
は、NiO/90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3とし、Ni,Zrおよび
Sc各々の硝酸塩水溶液を用いて、前記組成になるように
調合した後、シュウ酸を加え沈殿させた。該沈殿物をさ
らに熱処理を施し、粒径を制御して原料を得た。燃料側
電極反応層の組成およびその重量比率は、NiO/90 mol%
ZrO2-10mol%Sc2O3 =20/80と、50/50の2種類を作製
し、平均粒子径はいずれも0.5μmであった。該粉末100
重量部と有機溶媒(エタノール)500重量部、バインダ
ー(エチルセルロース)10重量部、分散剤(ポリオキシ
エタレンアルキルリン酸エステル)5重量部、消泡剤(ソ
ルビタンセスオキオレート)1重量部、可塑剤(DBP)5
重量部を混合した後、十分攪拌してスラリーを調整し
た。このスラリーの粘度は70mPasであった。(5) Preparation of Slurry for Fuel Side Electrode Reaction Layer The material for the fuel side electrode reaction layer was NiO / SSZ, and the composition was NiO / 90 mol% ZrO 2 -10 mol% Sc 2 O 3 , Ni, Zr and
After using each nitrate Sc aqueous solution to prepare the above composition, oxalic acid was added for precipitation. The precipitate was further heat-treated to control the particle size to obtain a raw material. The composition of the fuel side electrode reaction layer and its weight ratio are NiO / 90 mol%
Two types of ZrO 2 -10 mol% Sc 2 O 3 = 20/80 and 50/50 were prepared, and the average particle diameters were both 0.5 μm. The powder 100
Parts by weight and 500 parts by weight of organic solvent (ethanol), 10 parts by weight of binder (ethyl cellulose), 5 parts by weight of dispersant (polyoxyetalene alkyl phosphate ester), 1 part by weight of antifoaming agent (sorbitane sesquiolate), plastic Agent (DBP) 5
After mixing the parts by weight, the slurry was sufficiently stirred to prepare a slurry. The viscosity of this slurry was 70 mPas.
【0133】(6)燃料側電極反応層の作製
面積が150cm2になるように電池へマスキングをし、
スラリーコート法により電解質上へNiO/90 mol%ZrO2-1
0mol%Sc2O3 (平均粒子径)=20/80(0.5μm)、50/50(0.5
μm)の順に成膜した。膜厚(焼成後)は10μmとした。(6) The cell was masked so that the preparation area of the fuel side electrode reaction layer was 150 cm 2 .
NiO / 90 mol% ZrO 2 -1 onto electrolyte by slurry coating method
0mol% Sc 2 O 3 (average particle size) = 20/80 (0.5 μm), 50/50 (0.5
(μm) in order. The film thickness (after firing) was 10 μm.
【0134】(7)燃料極のスラリー作製:燃料極の材
料はNiO/YSZとし、該組成は、NiO/90 mol%ZrO2-10mol
%Y2O3とし、Ni,ZrおよびY各々の硝酸塩水溶液を用い
て、前記組成になるように調合した後、シュウ酸を加え
沈殿させた。該沈殿物をさらに熱処理を施し、粒径を制
御した後原料を得た。組成およびその重量比率はNiO/90
mol%ZrO2-10mol%Y2O3 =70/30とし、平均粒径が5μm
であった。該粉末100重量部と有機溶媒(エタノール)5
00重量部、バインダー(エチルセルロース)20重量部、
分散剤(ポリオキシエタレンアルキルリン酸エステル)5
重量部、消泡剤(ソルビタンセスオキオレート)1重量
部、可塑剤(DBP)5重量部を混合した後、十分攪拌し
てスラリーを調整した。このスラリーの粘度は250mPas
であった。(7) Preparation of fuel electrode slurry: The material of the fuel electrode was NiO / YSZ, and the composition was NiO / 90 mol% ZrO 2 -10 mol
% Y 2 O 3, and using Ni, Zr, and Y nitrate aqueous solutions to prepare the above composition, oxalic acid was added to cause precipitation. The precipitate was further heat-treated to control the particle size and obtain a raw material. Composition and weight ratio are NiO / 90
mol% ZrO 2 -10mol% Y 2 O 3 = 70/30, average particle size 5μm
Met. 100 parts by weight of the powder and an organic solvent (ethanol) 5
00 parts by weight, binder (ethyl cellulose) 20 parts by weight,
Dispersant (polyoxyethalene alkyl phosphate) 5
After mixing 1 part by weight, 1 part by weight of a defoaming agent (sorbitan sesquiolate) and 5 parts by weight of a plasticizer (DBP), the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry. The viscosity of this slurry is 250 mPas
Met.
【0135】(8)燃料極の作製
電極反応層上に燃料極をスラリーコート法により成膜し
た。膜厚(焼成後)は90μmとした。さらに、電極反応
層と燃料極を1400℃で共焼成した。(8) Preparation of Fuel Electrode A fuel electrode was formed on the electrode reaction layer by a slurry coating method. The film thickness (after firing) was 90 μm. Furthermore, the electrode reaction layer and the fuel electrode were co-fired at 1400 ° C.
【0136】(9)インターコネクターの作製:インタ
ーコネクターの組成をLa0.80Ca0.20CrO3、で表されるCa
を固溶させたランタンクロマイトとし、噴霧熱分解法で
作製後、熱処理を施して得た。得られた粉末の平均粒子
径は1μmであった。該粉末40重量部を溶媒(エタノー
ル)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量
部、分散剤(ポリオキシエタレンアルキルソン酸エステ
ル)1重量部、消泡剤(ソルビタンセスキオレート)1重
量部とを混合した後、十分攪拌してスラリーを調整し
た。このスラリー粘度は100mPasであった。スラリーコ
ート法によりインターコネクターを成膜し、1400℃で焼
成した。焼成後の厚みは40μmであった。(9) Fabrication of interconnector: The composition of the interconnector is La 0.80 Ca 0.20 CrO 3 , Ca represented by
Was obtained as a lanthanum chromite solid solution of which was prepared by spray pyrolysis and then heat-treated. The average particle size of the obtained powder was 1 μm. 40 parts by weight of the powder were used as 100 parts by weight of a solvent (ethanol), 2 parts by weight of a binder (ethyl cellulose), 1 part by weight of a dispersant (polyoxyethalene alkylsonate), and 1 part by weight of a defoaming agent (sorbitan sesquioleate). After mixing, the mixture was thoroughly stirred to prepare a slurry. The viscosity of this slurry was 100 mPas. An interconnector was formed into a film by a slurry coating method and baked at 1400 ° C. The thickness after firing was 40 μm.
【0137】(実施例2)電極反応層の材料をSSZとし、該
組成を90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3とし、焼成温度を135
0℃にした以外は実施例1と同様にした。Example 2 SSZ was used as the material for the electrode reaction layer, the composition was 90 mol% ZrO 2 -10 mol% Sc 2 O 3 , and the firing temperature was 135.
Same as Example 1 except that the temperature was 0 ° C.
【0138】(実施例3)電極反応層の材料をLa0.75Sr
0.25MnO3組成で表されるSrを固溶させたランタンマンガ
ナイトとし、原料の平均粒子径を2μmとした以外は実施
例1と同様にした。このときの細孔径は2μm、空隙率20
%であった。Example 3 A material for the electrode reaction layer was La 0.75 Sr.
A lanthanum manganite in which Sr represented by a composition of 0.25 MnO 3 was dissolved was used, and the same procedure as in Example 1 was performed except that the average particle size of the raw material was 2 μm. The pore size at this time is 2 μm and the porosity is 20.
%Met.
【0139】(比較例1)空気極と電解質の間に電極反応
層を設けないこと以外は実施例1と同様にした。Comparative Example 1 The same procedure as in Example 1 was carried out except that no electrode reaction layer was provided between the air electrode and the electrolyte.
【0140】(発電試験)実施例1〜3、比較例1で得ら
れた電池(燃料極有効面積:150cm2)を用いて発電試験
を行った。このときの運転条件は以下であった。
燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
酸化剤:Air
発電温度:800℃
電流密度:0.3Acm-2 (Power Generation Test) The power generation test was conducted using the cells (fuel electrode effective area: 150 cm 2 ) obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. The operating conditions at this time were as follows. Fuel: (H 2 + 11% H 2 O): N 2 = 1: 2 Oxidizing agent: Air Power generation temperature: 800 ° C. Current density: 0.3Acm -2
【0141】[0141]
【表1】
表1に800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果
を示す。同一電流密度においては発電電位が高いものほ
ど出力性能に優れる固体電解質型燃料電池となる。表1
に示すようにいずれも比較例1より発電電位が高いこと
がわかる。以上の結果から空気極と電解質の間に電極反
応層を設けることが好ましいことが確認された。[Table 1] Table 1 shows the results of the power generation potential at a current density of 0.3 Acm -2 at 800 ° C. At the same current density, the higher the power generation potential, the better the output performance of the solid oxide fuel cell. table 1
As shown in (1), it can be seen that the power generation potential is higher than that of Comparative Example 1. From the above results, it was confirmed that it is preferable to provide the electrode reaction layer between the air electrode and the electrolyte.
【0142】細孔径について
(実施例4)電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/
90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、原料の平均粒
子径は0.5μmからなるものを用いて、空気極表面上にス
ラリーコート法で成膜した後、1350℃で焼結させたこと
以外は実施例1と同様の方法とした。Regarding Pore Size (Example 4) The composition of the electrode reaction layer was La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 /
90 mol% ZrO 2 -10 mol% Sc 2 O 3 = 50/50, the average particle size of the raw material was 0.5 μm, and the film was formed on the surface of the air electrode by the slurry coating method. The same method as in Example 1 was used except that sintering was performed.
【0143】(実施例5)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、原料の平均粒子径は5μmからなるものを用いて、空
気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1400℃で
焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。Example 5 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, the average particle diameter of the raw material is used as consisting of 5 [mu] m, was formed by a slurry coating method on the air electrode surface After that, the same method as in Example 1 was performed except that sintering was performed at 1400 ° C.
【0144】(実施例6)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、原料の平均粒子径は10μmからなるものを用いて、
空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1400℃
で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。Example 6 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, the average particle diameter of the raw material is used as consisting of 10 [mu] m,
After forming a film on the surface of the air electrode by the slurry coating method, 1400 ℃
The same method as in Example 1 was used except that the sintering was carried out in.
【0145】(実施例7)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、原料の平均粒子径は0.2μmからなるものを用いて、
空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1350℃
で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。Example 7 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, the average particle diameter of the raw material by using one made of 0.2 [mu] m,
After forming a film on the air electrode surface by the slurry coating method, 1350 ℃
The same method as in Example 1 was used except that the sintering was carried out in.
【0146】(実施例8)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、原料の平均粒子径は15μmからなるものを用いて、
空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1400℃
で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。Example 8 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, the average particle diameter of the raw material is used as consisting of 15 [mu] m,
After forming a film on the surface of the air electrode by the slurry coating method, 1400 ℃
The same method as in Example 1 was used except that the sintering was carried out in.
【0147】(実施例9)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、原料の平均粒子径は0.5μmからなるものを用いて、
空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1400℃
で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。Example 9 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, the average particle diameter of the raw material by using one made of 0.5 [mu] m,
After forming a film on the surface of the air electrode by the slurry coating method, 1400 ℃
The same method as in Example 1 was used except that the sintering was carried out in.
【0148】(発電試験)実施例1、実施例4〜9で得ら
れた電池(燃料極有効面積:150cm2)を用いて発電試験
を行った。このときの運転条件は以下であった。
燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
酸化剤:Air
発電温度:800℃
電流密度:0.3Acm-2
さらに、発電試験後において、実施例1、実施例4〜9に
おける電極反応層の細孔径を測定した。(Power Generation Test) A power generation test was conducted using the cells (fuel electrode effective area: 150 cm 2 ) obtained in Example 1 and Examples 4 to 9. The operating conditions at this time were as follows. Fuel: (H 2 + 11% H 2 O): N 2 = 1: 2 Oxidizing agent: Air Power generation temperature: 800 ° C. Current density: 0.3 Acm -2 Furthermore, after the power generation test, Example 1 and Example 4 to The pore diameter of the electrode reaction layer in 9 was measured.
【0149】[0149]
【表2】
表2に800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果
を示す。同一の材料を用いているにも関わらず電極反応
層の細孔径によって発電電位が異なっていることがわか
る。実施例1、4〜6、9においては発電電位が高いが実施
例7、8においては電位が低下していることがわかる。し
かし、表1に示した比較例1よりは高いので特に問題は
ない。以上の結果から電極反応層の細孔径としては発電
電位の高い値を呈している0.1〜10μm程度がより好まし
いことが確認された。[Table 2] Table 2 shows the results of the generated potential at 800 ° C and a current density of 0.3 Acm -2 . It can be seen that the power generation potential varies depending on the pore diameter of the electrode reaction layer, even though the same material is used. It can be seen that the power generation potential is high in Examples 1, 4 to 6 and 9, but the potential is lowered in Examples 7 and 8. However, since it is higher than that of Comparative Example 1 shown in Table 1, there is no particular problem. From the above results, it was confirmed that the pore diameter of the electrode reaction layer is more preferably about 0.1 to 10 μm, which exhibits a high power generation potential.
【0150】空隙率について
前記発電試験後において、実施例1、実施例4〜9におけ
る電極反応層の空隙率を測定した。Porosity After the power generation test, the porosity of the electrode reaction layers in Example 1 and Examples 4 to 9 was measured.
【0151】[0151]
【表3】
表3に800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果
を示す。同一の材料を用いているにも関わらず電極反応
層の空隙率によって発電電位が異なっていることがわか
る。実施例1、4〜6、9においては発電電位が高いが実施
例7、8においては電位が低下していることがわかる。実
施例7、8においても電位低下はしているものの比較例1
よりは高いので問題はない。以上の結果から電極反応層
の空隙率としては発電電位の高い値を呈している3〜40
%程度がより好ましいことが確認された。[Table 3] Table 3 shows the results of the power generation potential at a current density of 0.3 Acm -2 at 800 ° C. It can be seen that the power generation potential differs depending on the porosity of the electrode reaction layer, even though the same material is used. It can be seen that the power generation potential is high in Examples 1, 4 to 6 and 9, but the potential is lowered in Examples 7 and 8. Comparative Example 1 although the potential was lowered in Examples 7 and 8
There is no problem because it is higher than. From the above results, the porosity of the electrode reaction layer shows a high value of the generated potential 3-40.
It has been confirmed that about 10% is more preferable.
【0152】電極反応層の厚みについて
(実施例10)電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3
/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、厚みが3μm
であること以外は実施例1と同様にした。Thickness of Electrode Reaction Layer (Example 10) The composition of the electrode reaction layer was La 0.75 Sr 0.25 MnO 3
/ 90 mol% ZrO 2 -10 mol% Sc 2 O 3 = 50/50, thickness 3 μm
Same as Example 1 except that
【0153】(実施例11)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、厚みが5μmであること以外は実施例1と同様にし
た。Example 11 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, except that the thickness of 5μm were the same as in Example 1.
【0154】(実施例12)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、厚みが30μmであること以外は実施例1と同様にし
た。Example 12 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, except that the thickness of 30μm were the same as in Example 1.
【0155】(実施例13)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、厚みが50μmであること以外は実施例1と同様にし
た。Example 13 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, except that the thickness of 50μm were the same as in Example 1.
【0156】(実施例14)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、厚みが2μmであること以外は実施例1と同様にし
た。Example 14 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, except that the thickness of 2μm were the same as in Example 1.
【0157】(実施例15)電極反応層の組成としてはLa
0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50と
し、厚みが55μmであること以外は実施例1と同様にし
た。Example 15 The composition of the electrode reaction layer was La
And 0.75 Sr 0.25 MnO 3/90 mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50, except that the thickness of 55μm were the same as in Example 1.
【0158】(発電試験)実施例1、実施例10〜15で得
られた電池(燃料極有効面積:150cm2)を用いて発電試
験を行った。このときの運転条件は以下であった。
燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
酸化剤:Air
発電温度:800℃
電流密度:0.3Acm-2 (Power Generation Test) A power generation test was performed using the cells (fuel electrode effective area: 150 cm 2 ) obtained in Example 1 and Examples 10 to 15. The operating conditions at this time were as follows. Fuel: (H 2 + 11% H 2 O): N 2 = 1: 2 Oxidizing agent: Air Power generation temperature: 800 ° C. Current density: 0.3Acm -2
【0159】[0159]
【表4】
表4は800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果
を示す。同一の材料を用いているにも関わらず電極反応
層の厚みによって発電電位が異なっていることがわか
る。実施例1、10〜13においては発電電位が高いが実施
例14、15においては電位が低下していることがわかる。
実施例14、15においても電位低下はしているものの比較
例1よりは高いので問題はない。以上の結果から電極反
応層の厚みとしては発電電位の高い値を呈している3〜5
0μm程度が好ましいことが確認された。さらに、実施例
1、10〜13で比較をすると実施例1、11,12が出力性能が
より高いことから、電極反応層の厚みとしては5〜30μm
であるとより好ましいことが確認された。[Table 4] Table 4 shows the results of the generated potential at a current density of 0.3 Acm -2 at 800 ° C. It can be seen that the power generation potential differs depending on the thickness of the electrode reaction layer, even though the same material is used. It can be seen that the power generation potential is high in Examples 1 and 10 to 13, but the potential is lowered in Examples 14 and 15.
In Examples 14 and 15 as well, although the potential was lowered, it was higher than that in Comparative Example 1, so there was no problem. From the above results, the thickness of the electrode reaction layer shows a high value of the generated potential 3-5.
It was confirmed that about 0 μm is preferable. Further examples
Since the output performance of Examples 1, 11 and 12 is higher when compared with 1 and 10 to 13, the thickness of the electrode reaction layer is 5 to 30 μm.
Was confirmed to be more preferable.
【0160】電極反応層材料について
(実施例16)電極反応層の材料をセリウム酸化物とし、該
組成を(CeO2)0.8(Sm2O3)0.1としたこと以外は実施例1
と同様にした。Electrode Reaction Layer Material (Example 16) Example 1 except that the material for the electrode reaction layer was cerium oxide and the composition was (CeO 2 ) 0.8 (Sm 2 O 3 ) 0.1.
Same as.
【0161】(実施例17)電極反応層の材料をSSZ/セリウ
ム酸化物とし、該組成を90 mol%ZrO2-10mol%Sc 2O3/(C
eO2)0.8(Sm2O3)0.1=50/50とした以外は実施例1と同様
にした。Example 17 The material of the electrode reaction layer was SSZ / cerium.
Oxide of 90 mol% ZrO2-10mol% Sc 2O3/ (C
eO2)0.8(Sm2O3)0.1Same as Example 1 except = 50/50
I chose
【0162】(実施例18)電極反応層材料は、ランタンマ
ンガナイト/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.7 5Sr
0.25MnO3/(CeO2)0.8(Sm2O3)0.1=50/50とした以外は実
施例1と同様にした。[0162] (Example 18) electrode reaction layer material, a lanthanum manganite / cerium oxide, the composition La 0.7 5 Sr
Except for using 0.25 MnO 3 / (CeO 2) 0.8 (Sm 2 O 3) 0.1 = 50/50 were the same as in Example 1.
【0163】(実施例19)電極反応層材料は、ランタンマ
ンガナイト/SSZ/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.75S
r0.25MnO3/90mol%ZrO2-10mol%Sc2O3 /(CeO2)0.8(Sm2O
3)0.1=50/25/25とした。原料合成法としてはLa0.75Sr
0.25MnO3/90mol%ZrO2-10mol%Sc2O3とLa0 .75Sr0.25MnO
3/(CeO2)0.8(Sm2O3)0.1を各々共沈法で作製した粉末を
さらに、La 0.75Sr0.25MnO3/90mol%ZrO2-10mol%Sc2O3
/(CeO2)0.8(Sm2O3)0.1=50/25/25になるように混合し熱
処理をした。これら以外は実施例1と同様にした。Example 19 An electrode reaction layer material was lanthanum.
Nganite / SSZ / Cerium oxide0.75S
r0.25MnO3/ 90mol% ZrO2-10mol% Sc2O3 / (CeO2)0.8(Sm2O
3)0.1= 50/25/25. La as a raw material synthesis method0.75Sr
0.25MnO3/ 90mol% ZrO2-10mol% Sc2O3And La0 .75Sr0.25MnO
3/ (CeO2)0.8(Sm2O3)0.1Powders produced by the coprecipitation method
In addition, La 0.75Sr0.25MnO3/ 90mol% ZrO2-10mol% Sc2O3
/ (CeO2)0.8(Sm2O3)0.1= 50/25/25 mixed heat
Processed. Except for these, the same procedure as in Example 1 was performed.
【0164】(実施例20)電極反応層材料は、YSZとし、
該組成を92mol%ZrO2-8mol%Y2O3とした以外は実施例1
と同様にした。Example 20 The electrode reaction layer material was YSZ,
Example 1 except that the composition was 92 mol% ZrO 2 -8 mol% Y 2 O 3.
Same as.
【0165】(実施例21)電極反応層材料は、ランタンマ
ンガナイト/YSZとし、該組成をLa0.75Sr0.25MnO3/92mol
%ZrO2-8mol%Y2O3=50/50とした以外は実施例1と同様に
した。[0165] (Example 21) electrode reaction layer material, a lanthanum manganite / YSZ, the composition La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 / 92mol
Same as Example 1 except that% ZrO 2 -8 mol% Y 2 O 3 = 50/50.
【0166】(発電試験)実施例1、2、16〜21および比
較例1の試験電池(燃料極有効面積:150cm2)を用い
て以下に示す発電試験を行った。このときの運転条件は
以下であった。
燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
酸化剤:Air
発電温度:700〜1000℃
電流密度:0.3Acm-2 (Power Generation Test) Using the test cells of Examples 1, 2, 16 to 21 and Comparative Example 1 (fuel electrode effective area: 150 cm 2 ), the following power generation test was conducted. The operating conditions at this time were as follows. Fuel: (H 2 + 11% H 2 O): N 2 = 1: 2 Oxidizing agent: Air Power generation temperature: 700 to 1000 ° C. Current density: 0.3 Acm -2
【0167】図3に発電温度における発電電位の結果を
示す。実施例1、18、19においては700〜1000℃において
高い電位を呈しているのがわかる。実施例2、16、17に
おいては実施例1、18、19よりは劣るものの700℃まで比
較的高い電位を呈していることがわかる。実施例20、21
では900〜1000℃においては高い電位を呈しているが、9
00℃以下になると電位低下が大きくなっているのがわか
る。これに対し、比較例1では1000℃においても実施例
より低く、発電温度が低下するにつれさらに電位低下が
大きくなっていることがわかる。以上の結果からいずれ
も比較例1と比較して発電電位が高く好ましいことが確
認された。電極反応層がYSZおよびランタンマンガナイ
ト/YSZの場合は900〜1000℃において高い出力性能を有
し、電極反応層がSSZ、セリウム酸化物、およびSSZ/セ
リウム酸化物の場合は900℃以下においても高い出力性
能を有し、好ましいことがわかった。さらに、電極反応
層がランタンマンガナイト/SSZ,ランタンマンガナイト/
セリウム酸化物およびランタンマンガナイト/SSZ/セリ
ウム酸化物の場合、700℃程度においても出力性能に優
れ、より好ましいことが確認された。FIG. 3 shows the result of the power generation potential at the power generation temperature. It can be seen that in Examples 1, 18, and 19, a high potential is exhibited at 700 to 1000 ° C. It can be seen that in Examples 2, 16 and 17, the potential was comparatively high up to 700 ° C., though inferior to Examples 1, 18 and 19. Examples 20, 21
Shows a high potential at 900-1000 ℃, but 9
It can be seen that the potential drop increases at temperatures below 00 ° C. On the other hand, in Comparative Example 1, even at 1000 ° C., it is lower than that of the Example, and it is understood that the potential decrease further increases as the power generation temperature decreases. From the above results, it was confirmed that the power generation potentials were higher than those of Comparative Example 1 and were preferable. When the electrode reaction layer is YSZ and lanthanum manganite / YSZ, it has a high output performance at 900 to 1000 ° C, and when the electrode reaction layer is SSZ, cerium oxide, and SSZ / cerium oxide, even at 900 ° C or less. It has been found that it has a high output performance and is preferable. Furthermore, the electrode reaction layer is lanthanum manganite / SSZ, lanthanum manganite /
It was confirmed that cerium oxide and lanthanum manganite / SSZ / cerium oxide are more preferable because they have excellent output performance even at about 700 ° C.
【0168】電極反応層におけるスカンジアの固溶量に
ついて
(実施例22)電極反応層の組成およびその重量比率をLa
0.75Sr0.25MnO3/ 97 mol%ZrO2-3mol%Sc2O3=50/50にし
た以外は実施例1と同様にした。Regarding the solid solution amount of scandia in the electrode reaction layer (Example 22) The composition of the electrode reaction layer and the weight ratio thereof were set to La
Except that the 0.75 Sr 0.25 MnO 3/97 mol % ZrO 2 -3mol% Sc 2 O 3 = 50/50 were the same as in Example 1.
【0169】(実施例23)電極反応層の組成およびその重
量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/ 92 mol%ZrO2-8mol%Sc2O3
=50/50にした以外は実施例1と同様にした。[0169] (Example 23) the composition and the weight ratio of the electrode reaction layers La 0.75 Sr 0.25 MnO 3/92 mol% ZrO 2 -8mol% Sc 2 O 3
Same as Example 1 except that = 50/50.
【0170】(実施例24)電極反応層の組成およびその重
量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/ 88 mol%ZrO2-12mol%Sc2O
3=50/50にした以外は実施例1と同様にした。[0170] La 0.75 The composition and the weight ratio of (Example 24) electrode reaction layer Sr 0.25 MnO 3/88 mol% ZrO 2 -12mol% Sc 2 O
Same as Example 1 except that 3 = 50/50.
【0171】(実施例25)電極反応層の組成およびその重
量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/ 98 mol%ZrO2-2mol%Sc2O3
=50/50にした以外は実施例1と同様にした。[0171] (Example 25) the composition and the weight ratio of the electrode reaction layers La 0.75 Sr 0.25 MnO 3/98 mol% ZrO 2 -2mol% Sc 2 O 3
Same as Example 1 except that = 50/50.
【0172】(実施例26)電極反応層の組成およびその重
量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/ 85 mol%ZrO2-15mol%Sc2O
3=50/50にした以外は実施例1と同様にした。[0172] La 0.75 The composition and the weight ratio of (Example 26) electrode reaction layer Sr 0.25 MnO 3/85 mol% ZrO 2 -15mol% Sc 2 O
Same as Example 1 except that 3 = 50/50.
【0173】実施例1、実施例22〜26の電池について、
以下に示す発電条件で発電試験を行った。
燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
酸化剤:Air
発電温度:800℃
電流密度:0.3Acm-2 Regarding the batteries of Example 1 and Examples 22 to 26,
A power generation test was conducted under the power generation conditions shown below. Fuel: (H 2 + 11% H 2 O): N 2 = 1: 2 Oxidizing agent: Air Power generation temperature: 800 ° C. Current density: 0.3Acm -2
【0174】[0174]
【表5】 [Table 5]
【0175】表5は800℃で電流密度0.3Acm-2における発
電電位の結果を示す。実施例1、実施例22〜24は高い電
位であるのに対し、実施例25、26においては電位低下が
起こっているのがわかる。しかし、実施例25、26におい
ても表1に示す比較例1と比べるとはるかに高い電位を呈
していることからこの程度の低下であれば問題ないこと
がわかった。電位が高いということから電極反応層のSS
Zにおけるスカンジアの固溶量は3〜12mol%の範囲が好
ましいことが確認された。また、実施例1、実施例22〜2
4のデータを比較すると実施例22の電位が他と比較して
低くなっていることからスカンジアの固溶量が8〜12mol
%であるとより好ましいことが確認できた。Table 5 shows the results of the power generation potential at 800 ° C. and a current density of 0.3 Acm −2 . It can be seen that in Examples 1 and 22 to 24, the potential is high, whereas in Examples 25 and 26, the potential is lowered. However, even in Examples 25 and 26, the potential was much higher than that of Comparative Example 1 shown in Table 1, and therefore it was found that there is no problem if it is reduced to this extent. Since the potential is high, SS in the electrode reaction layer
It was confirmed that the solid solution amount of scandia in Z is preferably in the range of 3 to 12 mol%. In addition, Example 1, Examples 22-2
When the data of Example 4 are compared, the potential of Example 22 is lower than the others, so that the amount of scandia solid solution is 8 to 12 mol.
It has been confirmed that it is more preferable if it is%.
【0176】SSZにおけるCeO2等の効果
(実施例27)電極反応層の組成およびその重量比率をLa
0.75Sr0.25MnO3/88mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-2mol%CeO2
=50/50にした以外は実施例1と同様にした。Effect of CeO 2 and the like on SSZ (Example 27) The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio were changed to La
0.75 Sr 0.25 MnO 3 / 88mol% ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 -2mol% CeO 2
Same as Example 1 except that = 50/50.
【0177】(実施例28)電極反応層の組成およびその重
量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/85mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-
5mol%CeO2 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。[0177] (Example 28) the composition and the weight ratio of the electrode reaction layers La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 / 85mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 -
Same as Example 1 except that 5 mol% CeO 2 = 50/50.
【0178】(実施例29)電極反応層の組成およびその重
量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/84mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-
6mol%CeO2 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。[0178] (Example 29) the composition and the weight ratio of the electrode reaction layers La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 / 84mol % ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 -
Same as Example 1 except that 6 mol% CeO 2 = 50/50.
【0179】(実施例30)電極反応層の組成およびその重
量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/88mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-
2mol%Bi2O3 =50/50にした以外は実施例1と同様にし
た。Example 30 The composition of the electrode reaction layer and the weight ratio thereof were changed to La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 / 88mol% ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3-.
Same as Example 1 except that 2 mol% Bi 2 O 3 = 50/50.
【0180】(実施例31)電極反応層の組成およびその重
量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/88mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-
2mol%Y2O3 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。Example 31 The composition of the electrode reaction layer and the weight ratio thereof were changed to La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 / 88mol% ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3-.
Same as Example 1 except that 2 mol% Y 2 O 3 = 50/50.
【0181】(実施例32)電極反応層の組成およびその重
量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/88mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-
1mol%Y CeO2-1mol%Bi2O3 =50/50にした以外は実施例1
と同様にした。Example 32 The composition of the electrode reaction layer and the weight ratio thereof were changed to La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 / 88mol% ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3-.
Example 1 except that 1 mol% Y CeO 2 -1 mol% Bi 2 O 3 = 50/50
Same as.
【0182】実施例1、実施例27〜32の電池について、
以下に示す発電条件で発電試験を行った。
燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
酸化剤:Air
発電温度:800℃
電流密度:0.3Acm-2 Regarding the batteries of Example 1 and Examples 27 to 32,
A power generation test was conducted under the power generation conditions shown below. Fuel: (H 2 + 11% H 2 O): N 2 = 1: 2 Oxidizing agent: Air Power generation temperature: 800 ° C. Current density: 0.3Acm -2
【0183】[0183]
【表6】
表6は800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果
を示す。実施例1、実施例27〜29を比較すると実施例2
7、実施例28は電位が高くなったが実施例29ではむしろ
低くなる傾向が見られた。実施例30、実施例31について
は実施例1と電位としては変わっていないが電極反応層
材料の焼結性が向上することが確認された。実施例32で
は電位が高くなることと電極反応層材料の焼結性が向上
することが確認された。以上の結果から、SSZにCeO2を5
mol%以下固溶させると出力性能が向上することが確認
され、好ましいことがわかった。また、Y2O3やBi2O3を
固溶させると焼結性が向上することがわかり、好ましい
ことがわかった。Gd2O3,Yb2O3等の他の希土類酸化物を5
mol%以下固溶させた場合においても出力性能の向上か
焼結性の向上のいずれかの効果があることが容易に推測
することができるので好ましいと考えられた。[Table 6] Table 6 shows the results of the generated potential at a current density of 0.3 Acm -2 at 800 ° C. Comparing Example 1 and Examples 27-29, Example 2
7. In Example 28, the potential increased, but in Example 29, it tended to decrease. It was confirmed that in Examples 30 and 31, the sinterability of the electrode reaction layer material was improved although the potential was the same as that in Example 1. In Example 32, it was confirmed that the potential was increased and the sinterability of the electrode reaction layer material was improved. From the above results, 5% of CeO 2 was added to SSZ.
It was confirmed that the solid-solution not more than mol% improves the output performance, and it was found to be preferable. Further, it was found that solid solution of Y 2 O 3 or Bi 2 O 3 improves the sinterability, which is preferable. Other rare earth oxides such as Gd 2 O 3 and Yb 2 O 3
It was thought that it is preferable because it can be easily inferred that either the output performance or the sinterability is improved even when the solid solution is less than mol%.
【0184】(CeO2)1-2x(Sm2O3)xについて
(実施例33)電極反応層材料は、ランタンマンガナイト/
セリウム酸化物とし、該組成をLa0.7 5Sr0.25MnO3/ (CeO
2)0.9(Sm2O3)0.05=50/50とした以外は実施例1と同様に
した。Regarding (CeO 2 ) 1-2x (Sm 2 O 3 ) x (Example 33) The electrode reaction layer material was lanthanum manganite /
Cerium oxide, the composition of which is La 0.7 5 Sr 0.25 MnO 3 / (CeO
2 ) 0.9 (Sm 2 O 3 ) 0.05 = 50/50 The procedure was the same as in Example 1.
【0185】(実施例34)電極反応層材料は、ランタンマ
ンガナイト/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.7 5Sr
0.25MnO3/ (CeO2)0.7(Sm2O3)0.15=50/50とした以外は実
施例1と同様にした。[0185] (Example 34) electrode reaction layer material, a lanthanum manganite / cerium oxide, the composition La 0.7 5 Sr
Same as Example 1 except that 0.25 MnO 3 / (CeO 2 ) 0.7 (Sm 2 O 3 ) 0.15 = 50/50.
【0186】(実施例35)電極反応層材料は、ランタンマ
ンガナイト/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.7 5Sr
0.25MnO3/ (CeO2)0.75(Sm2O3)0.025=50/50とした以外は
実施例1と同様にした。[0186] (Example 35) electrode reaction layer material, a lanthanum manganite / cerium oxide, the composition La 0.7 5 Sr
Same as Example 1 except that 0.25 MnO 3 / (CeO 2 ) 0.75 (Sm 2 O 3 ) 0.025 = 50/50.
【0187】(実施例36)電極反応層材料は、ランタンマ
ンガナイト/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.7 5Sr
0.25MnO3/ (CeO2)0.65(Sm2O3)0.175=50/50とした以外は
実施例1と同様にした。[0187] (Example 36) electrode reaction layer material, a lanthanum manganite / cerium oxide, the composition La 0.7 5 Sr
Same as Example 1 except that 0.25 MnO 3 / (CeO 2 ) 0.65 (Sm 2 O 3 ) 0.175 = 50/50.
【0188】実施例18、実施例33〜36の電池について、
以下に示す発電条件で発電試験を行った。
燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
酸化剤:Air
発電温度:800℃
電流密度:0.3Acm-2 Regarding the batteries of Example 18 and Examples 33 to 36,
A power generation test was conducted under the power generation conditions shown below. Fuel: (H 2 + 11% H 2 O): N 2 = 1: 2 Oxidizing agent: Air Power generation temperature: 800 ° C. Current density: 0.3Acm -2
【0189】[0189]
【表7】
表7は800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果
を示す。実施例18、実施例33〜36を比較すると実施例3
5、実施例36のx値になると幾分電位が低くなっているこ
とがわかる。以上の結果から(CeO2)1-2x(Sm2O3)xについ
ては0.05≦x≦0.15の範囲がより好ましいことが確認さ
れた。なお、本実施例ではSmのみであるが、GdおよびY
についても同様の効果があることを容易に推測すること
ができるので好ましいと考えられた。[Table 7] Table 7 shows the results of the power generation potential at a current density of 0.3 Acm -2 at 800 ° C. Comparing Example 18 and Examples 33-36, Example 3
5. It can be seen that the potential is somewhat lower at the x value of Example 36. From the above results, it was confirmed that the range of 0.05 ≦ x ≦ 0.15 is more preferable for (CeO 2 ) 1-2x (Sm 2 O 3 ) x . Although only Sm is used in this embodiment, Gd and Y
It was considered to be preferable because the above can be easily estimated to have the same effect.
【0190】電極反応層におけるランタンマンガナイト
の組成について
(実施例37)電極反応層の組成およびその重量比率をLa
0.75Ca0.25MnO3/90mol%ZrO2-10mol%Sc2O3 =50/50にし
た以外は実施例1と同様にした。Regarding the composition of lanthanum manganite in the electrode reaction layer (Example 37) The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio were La.
Except that the 0.75 Ca 0.25 MnO 3 / 90mol% ZrO 2 -10mol% Sc 2 O 3 = 50/50 were the same as in Example 1.
【0191】実施例1、実施例37の電池について、以下
に示す発電条件で発電試験を行った。
燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
酸化剤:Air
発電温度:800℃
電流密度:0.3Acm-2 The batteries of Examples 1 and 37 were subjected to a power generation test under the power generation conditions shown below. Fuel: (H 2 + 11% H 2 O): N 2 = 1: 2 Oxidizing agent: Air Power generation temperature: 800 ° C. Current density: 0.3Acm -2
【0192】[0192]
【表8】
表8は800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果
を示す。実施例1と実施例31ではほとんど電位が変わら
ないことから電極反応層におけるランタンマンガナイト
はCaまたはSrを固溶させたランタンマンガナイトのいず
れであっても良いことが確認された。[Table 8] Table 8 shows the results of the generated potential at 800 ° C and a current density of 0.3 Acm -2 . It was confirmed that the lanthanum manganite in the electrode reaction layer may be either lanthanum manganite in which Ca or Sr is formed as a solid solution, since the potentials in Example 1 and Example 31 hardly change.
【0193】電解質材料について
(実施例38)電解質材料はYSZで、該組成は、92 mol%ZrO
2-8mol%Y2O3であること以外は実施例1と同様とした。Regarding Electrolyte Material (Example 38) The electrolyte material was YSZ, and the composition was 92 mol% ZrO 2.
Same as Example 1 except that it was 2 -8 mol% Y 2 O 3 .
【0194】実施例1、38、比較例1の試験電池(燃料極
有効面積:150cm2)を用いて以下に示す発電試験を
行った。このときの運転条件は以下であった。
燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
酸化剤:Air
発電温度:700〜1000℃
電流密度:0.3Acm-2 Using the test cells of Examples 1 and 38 and Comparative Example 1 (fuel electrode effective area: 150 cm 2 ), the following power generation test was conducted. The operating conditions at this time were as follows. Fuel: (H 2 + 11% H 2 O): N 2 = 1: 2 Oxidizing agent: Air Power generation temperature: 700 to 1000 ° C. Current density: 0.3 Acm -2
【0195】図4に発電温度における発電電位の結果を
示す。実施例38は1000℃においてはほぼ同じ電位となる
が、900℃以下になると電位低下が見られ700℃程度では
実施例1とかなり電位差が大きくなっていることがわか
る。しかし、比較例1とは大差がついていることがわか
る。以上の結果から、900℃以下の発電温度においては
電解質はSSZの方が好ましいが900℃以上ではほぼ同程度
であることが確認され、電解質がYSZであっても問題な
いことが確認された。FIG. 4 shows the result of the power generation potential at the power generation temperature. In Example 38, the potential is almost the same at 1000 ° C., but the potential decreases at 900 ° C. or less, and it is understood that the potential difference is considerably large at about 700 ° C. as in Example 1. However, it can be seen that there is a large difference from Comparative Example 1. From the above results, it was confirmed that SSZ is preferable as the electrolyte at the power generation temperature of 900 ° C. or lower, but it is almost the same at 900 ° C. or higher, and it is confirmed that there is no problem even if the electrolyte is YSZ.
【0196】実施例1および実施例19および実施例27に
示す電極反応層を介在させることによって700℃程度の
低温においても0.6V以上の高電位を有する固体電解質型
燃料電池を提供することができた。By interposing the electrode reaction layer shown in Example 1 and Example 19 and Example 27, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having a high potential of 0.6 V or more even at a low temperature of about 700 ° C. It was
【0197】[0197]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、空気極
と電解質の間に少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒
を含み、連通した開気孔を有する電極反応層を設けるこ
とによって、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を
提供することができる。EFFECTS OF THE INVENTION As is clear from the above description, by providing an electrode reaction layer containing a catalyst for ionizing oxygen gas between an air electrode and an electrolyte and having open pores communicating with each other, a solid body having excellent output performance An electrolyte fuel cell can be provided.
【図1】円筒タイプの固体電解質型燃料電池の断面を示
す図である。FIG. 1 is a view showing a cross section of a cylindrical solid oxide fuel cell.
【図2】図1に示す固体電解質型燃料電池の空気極、電
解質および燃料極構成について詳細に示した断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view showing in detail the air electrode, electrolyte and fuel electrode configuration of the solid oxide fuel cell shown in FIG.
【図3】発電温度(横軸)と試験電池の発電電位(縦軸)
の関係を示すグラフである。[Figure 3] Power generation temperature (horizontal axis) and power generation potential of test battery (vertical axis)
It is a graph which shows the relationship of.
【図4】発電温度(横軸)と試験電池の発電電位(縦軸)
の関係を示すグラフである。[Figure 4] Power generation temperature (horizontal axis) and power generation potential of test battery (vertical axis)
It is a graph which shows the relationship of.
1:空気極支持体 2:インターコネクター 3:電解質 4:燃料極 5:電極反応層 6:燃料側電極反応層 1: Air electrode support 2: Interconnector 3: Electrolyte 4: Fuel electrode 5: Electrode reaction layer 6: Fuel side electrode reaction layer
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成14年11月1日(2002.11.
1)[Submission date] November 1, 2002 (2002.11.
1)
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【特許請求の範囲】[Claims]
【手続補正2】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0135[Name of item to be corrected] 0135
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0135】(8)燃料極の作製燃料側
電極反応層上に燃料極をスラリーコート法により
成膜した。膜厚(焼成後)は90μmとした。さらに、燃
料側電極反応層と燃料極を1400℃で共焼成した。(8) Preparation of Fuel Electrode A fuel electrode was formed on the fuel side electrode reaction layer by a slurry coating method. The film thickness (after firing) was 90 μm. In addition, burn
The material side electrode reaction layer and the fuel electrode were co-fired at 1400 ° C.
フロントページの続き Fターム(参考) 5H018 AA06 AS01 BB01 BB06 BB08 BB12 BB16 EE12 HH03 HH04 HH05 HH06 HH08 5H026 AA06 BB08 CC06 CV02 EE13 HH04 HH05 HH06 HH08 Continued front page F-term (reference) 5H018 AA06 AS01 BB01 BB06 BB08 BB12 BB16 EE12 HH03 HH04 HH05 HH06 HH08 5H026 AA06 BB08 CC06 CV02 EE13 HH04 HH05 HH06 HH08
Claims (20)
前記空気極と前記電解質の間には電極反応層が介在され
ている固体電解質型燃料電池であって、前記電極反応層
は少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含み、連通
した開気孔を有することを特徴とする固体電解質型燃料
電池。1. An air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode are provided,
A solid oxide fuel cell in which an electrode reaction layer is interposed between the air electrode and the electrolyte, wherein the electrode reaction layer contains at least a catalyst for ionizing oxygen gas and has open pores communicating with each other. A characteristic solid oxide fuel cell.
0μmであることを特徴とする請求項1に記載の固体電解
質型燃料電池。2. The pore size of the electrode reaction layer is 0.1 to 1
The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell has a thickness of 0 μm.
空気極が有する細孔径より小さいことを特徴とする請求
項1または2に記載の固体電解質型燃料電池。3. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the electrode reaction layer has a pore size smaller than that of the air electrode.
%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に
記載の固体電解質型燃料電池。4. The porosity of the electrode reaction layer is 3 to 40.
%, And the solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
空気極が有する空隙率以下であることを特徴とする請求
項1〜4のいずれか一項に記載の固体電解質型燃料電池。5. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a porosity of the electrode reaction layer is equal to or lower than a porosity of the air electrode.
mであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に
記載の固体電解質型燃料電池。6. The thickness of the electrode reaction layer is 3 to 50 μm.
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein m is m.
mであることを特徴とする請求項6に記載の固体電解質
型燃料電池。7. The thickness of the electrode reaction layer is 5 to 30 μm.
7. The solid oxide fuel cell according to claim 6, wherein m is m.
気極における厚みより小さいことを特徴とする請求項1
〜7のいずれか一項に記載の固体電解質型燃料電池。8. The thickness of the electrode reaction layer is smaller than the thickness of the air electrode.
The solid oxide fuel cell according to any one of items 1 to 7.
たジルコニア層、セリウム酸化物層、スカンジアを固溶
させたジルコニアとセリウム酸化物が所定の重量比で均
一に混合された層からなる群のいずれか1種であること
を特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の固体電
解質型燃料電池。9. The group of the electrode reaction layer comprising a scandia solid solution zirconia layer, a cerium oxide layer, and a scandia solid solution zirconia and cerium oxide layer uniformly mixed in a predetermined weight ratio. 9. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell is any one of the above.
が1000℃で10Scm-1以上となる材料が含まれていること
を特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の固体電
解質型燃料電池。10. The solid according to claim 1, wherein the electrode reaction layer further contains a material having an electronic conductivity of 10 Scm −1 or more at 1000 ° C. Electrolyte fuel cell.
イトとスカンジアを固溶させたジルコニアが所定の重量
比で均一に混合された層、ランタンマンガナイトとセリ
ウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層、ラン
タンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニア
とセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層
からなる群のいずれか1種の混合体であることを特徴と
する請求項1〜8および10のいずれか一項に記載の固体電
解質型燃料電池。11. The electrode reaction layer is a layer in which lanthanum manganite and zirconia in which scandia is dissolved are uniformly mixed in a predetermined weight ratio, and lanthanum manganite and cerium oxide are uniformly mixed in a predetermined weight ratio. It is characterized by being a mixture of any one of the group consisting of a mixed layer, a layer in which zirconia and cerium oxide in which lanthanum manganite and scandia are dissolved in solid solution are uniformly mixed in a predetermined weight ratio. The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 8 and 10.
アにおいて、スカンジアの固溶量が3〜12mol%であるこ
とを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の固
体電解質型燃料電池。12. The solid oxide fuel cell according to claim 9, wherein the scandia solid solution contains zirconia in a solid solution amount of 3 to 12 mol%. .
アには、さらにCeO2,Gd2O3,Y2O3, Yb2O3などの希土類酸
化物および Bi2O3の1種または2種以上の酸化物が固溶さ
れ、該酸化物が合計5mol%以下固溶させていることを
特徴とする請求項9〜12のいずれか一項に記載の固体電
解質型燃料電池。13. The zirconia in which scandia is solid-dissolved further comprises one or two of rare earth oxides such as CeO 2 , Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 and Bi 2 O 3. The solid oxide fuel cell according to any one of claims 9 to 12, wherein the above oxides are solid-dissolved, and the oxide is dissolved in a total amount of 5 mol% or less.
ガナイトは、LaAMnO3(但し、A=CaまたはSrのいずれか)
で表されるランタンマンガナイトからなることを特徴と
する請求項11に記載の固体電解質型燃料電池。14. The lanthanum manganite in the electrode reaction layer is LaAMnO 3 (where A = Ca or Sr).
12. The solid oxide fuel cell according to claim 11, which is made of lanthanum manganite represented by
物は、一般式(CeO2)1-2X(B2O3)X/2(但し、B=Sm,Gd,Yの
いずれか一種、0.05≦X≦0.15)で表されることを特徴と
する請求項9または11に記載の固体電解質型燃料電池。15. The cerium oxide in the electrode reaction layer is represented by the general formula (CeO 2 ) 1-2X (B 2 O 3 ) X / 2 (wherein one of B = Sm, Gd and Y, 0.05 ≦ X ≦ 0.15), The solid oxide fuel cell according to claim 9 or 11.
カンジアを固溶させたジルコニアであることを特徴とす
る請求項1〜15のいずれか一項に記載の固体電解質型燃
料電池。16. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte is zirconia in which yttria or scandia is dissolved.
たはSrのいずれか)で表されるランタンマンガナイトで
あることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一項に記
載の固体電解質型燃料電池。17. The lanthanum manganite represented by LaAMnO 3 (wherein A = Ca or Sr), wherein the air electrode is lanthanum manganite. Solid oxide fuel cell.
溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された
層からなることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一
項に記載の固体電解質型燃料電池。18. The fuel electrode according to claim 1, wherein the fuel electrode is composed of a layer in which NiO and yttria are dissolved in zirconia uniformly in a predetermined weight ratio. Solid oxide fuel cell.
Oとスカンジアを固溶させたジルコニアが所定の重量比
で均一に混合された層からなる燃料側電極反応層が介在
されていることを特徴とする請求項1〜18のいずれか一
項に記載の固体電解質型燃料電池。19. A Ni electrode is provided between the fuel electrode and the electrolyte.
The fuel side electrode reaction layer comprising a layer in which zirconia in which O and scandia are dissolved as a solid solution is uniformly mixed in a predetermined weight ratio is interposed. Solid oxide fuel cell.
ンターコネクターは、Caを固溶させたランタンクロマイ
トであることを特徴とする請求項1〜19のいずれか一項
に記載の固体電解質型燃料電池。20. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the interconnector in the solid oxide fuel cell is lanthanum chromite containing Ca as a solid solution.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002267805A JP3661676B2 (en) | 2001-11-07 | 2002-09-13 | Solid oxide fuel cell |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-341483 | 2001-11-07 | ||
| JP2001341483 | 2001-11-07 | ||
| JP2002267805A JP3661676B2 (en) | 2001-11-07 | 2002-09-13 | Solid oxide fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003208902A true JP2003208902A (en) | 2003-07-25 |
| JP3661676B2 JP3661676B2 (en) | 2005-06-15 |
Family
ID=27666956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002267805A Expired - Fee Related JP3661676B2 (en) | 2001-11-07 | 2002-09-13 | Solid oxide fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3661676B2 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005216761A (en) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Kyocera Corp | Fuel cell and fuel cell |
| JP2006252796A (en) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Fuel electrode for solid oxide fuel cell |
| JP2006278089A (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Kyocera Corp | Fuel cell and fuel cell |
| JP2007073336A (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Toto Ltd | Solid oxide fuel cell |
| JP2007538354A (en) * | 2003-11-07 | 2007-12-27 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | Cathode materials for high temperature fuel cells (SOFC) and cathodes made therefrom |
| JP2008098156A (en) * | 2006-09-12 | 2008-04-24 | Toto Ltd | Cell for solid oxide fuel cell |
| JP2011029153A (en) * | 2009-06-30 | 2011-02-10 | Ngk Insulators Ltd | Solid oxide fuel cell |
| WO2014148108A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 日本碍子株式会社 | Solid-oxide fuel cell |
| WO2014148110A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 日本碍子株式会社 | Solid-oxide fuel cell |
| WO2014148109A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 日本碍子株式会社 | Solid-oxide fuel cell |
| JP2015046365A (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-12 | 京セラ株式会社 | Cell, cell stack device, module, and module-housing device |
-
2002
- 2002-09-13 JP JP2002267805A patent/JP3661676B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007538354A (en) * | 2003-11-07 | 2007-12-27 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | Cathode materials for high temperature fuel cells (SOFC) and cathodes made therefrom |
| JP2005216761A (en) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Kyocera Corp | Fuel cell and fuel cell |
| JP2006252796A (en) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Fuel electrode for solid oxide fuel cell |
| JP2006278089A (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Kyocera Corp | Fuel cell and fuel cell |
| JP2007073336A (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Toto Ltd | Solid oxide fuel cell |
| JP2008098156A (en) * | 2006-09-12 | 2008-04-24 | Toto Ltd | Cell for solid oxide fuel cell |
| JP2011029153A (en) * | 2009-06-30 | 2011-02-10 | Ngk Insulators Ltd | Solid oxide fuel cell |
| WO2014148110A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 日本碍子株式会社 | Solid-oxide fuel cell |
| WO2014148108A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 日本碍子株式会社 | Solid-oxide fuel cell |
| WO2014148109A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 日本碍子株式会社 | Solid-oxide fuel cell |
| JP5605888B1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-10-15 | 日本碍子株式会社 | Solid oxide fuel cell |
| JP5605889B1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-10-15 | 日本碍子株式会社 | Solid oxide fuel cell |
| JP5605890B1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-10-15 | 日本碍子株式会社 | Solid oxide fuel cell |
| US9882221B2 (en) | 2013-03-19 | 2018-01-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US9882220B2 (en) | 2013-03-19 | 2018-01-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US9887424B2 (en) | 2013-03-19 | 2018-02-06 | Ngk Insulators, Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| JP2015046365A (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-12 | 京セラ株式会社 | Cell, cell stack device, module, and module-housing device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3661676B2 (en) | 2005-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU717465B2 (en) | Low cost stable air electrode material for high temperature solid oxide electrolyte electrochemical cells | |
| KR101892909B1 (en) | A method for manufacturing protonic ceramic fuel cells | |
| KR20010035672A (en) | Tubular Solid Oxide Fuel Cell supported by Fuel Electrode and Method for the same | |
| KR20130099704A (en) | Functional layer material for solid oxide fuel cell, functional layer manufactured using the material and solid oxide fuel cell including the functional layer | |
| KR20130123189A (en) | Anode support for solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof, and solid oxide fuel cell including the anode support | |
| CN112701298B (en) | Solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same | |
| JP3661676B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP4524791B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP2004265746A (en) | Solid oxide fuel cell | |
| EP3343682B1 (en) | Flat plate-shaped solid oxide fuel cell and cell module comprising same | |
| JP2007200664A (en) | Method of manufacturing solid oxide fuel cell | |
| JP2003217597A (en) | Solid electrolyte type fuel cell | |
| JP3729194B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP6664132B2 (en) | Porous structure, method of manufacturing the same, and electrochemical cell using the same and method of manufacturing the same | |
| JP4719940B2 (en) | Interconnector material and solid oxide fuel cell having the same | |
| CN101558520A (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP4496749B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP2006059611A (en) | Ceria based solid electrolyte fuel cell and its manufacturing method | |
| JP2000044340A (en) | Lanthanum gallate-based sintered body, method for producing the same, and fuel cell using the same as solid electrolyte | |
| JP4192733B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP2003323903A (en) | Zirconia material containing scandia in form of solid solution, and solid electrolyte fuel cell using the same | |
| JP2006059610A (en) | Solid electrolyte fuel cell and its manufacturing method | |
| JP2004303713A (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP2003243001A (en) | Solid electrolyte fuel cell | |
| EP3764447A1 (en) | Cell structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040720 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040917 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041116 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050114 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050301 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050314 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3661676 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090401 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100401 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100401 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110401 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120401 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130401 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130401 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140401 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |