JPH1140169A - 固体電解質型燃料電池の燃料電極材料およびそれを用いた燃料電極成膜方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の燃料電極材料およびそれを用いた燃料電極成膜方法Info
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- JPH1140169A JPH1140169A JP9191422A JP19142297A JPH1140169A JP H1140169 A JPH1140169 A JP H1140169A JP 9191422 A JP9191422 A JP 9191422A JP 19142297 A JP19142297 A JP 19142297A JP H1140169 A JPH1140169 A JP H1140169A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｎｉ粒子とＹＳＺ粒子とが高分散化された燃
料電極を成膜することができる固体電解質型燃料電池の
燃料電極材料を提供する。 【解決手段】 この固体電解質型燃料電池の燃料電極材
料は、ニッケル母粒子21a の表面にＹＳＺ微粒子21b を
付着させたＮｉ複合粒子21の粉末とＹＳＺ単一粒子22の
粉末とを所定の混合比で混合し、溶射に適切な粒径に造
粒したもので、この燃料電極材料を固体電解質の表面に
溶射によって成膜することによって、Ｎｉ粒子とＹＳＺ
粒子とが高分散化し、寿命性能の良い燃料電極を成膜す
る。
料電極を成膜することができる固体電解質型燃料電池の
燃料電極材料を提供する。 【解決手段】 この固体電解質型燃料電池の燃料電極材
料は、ニッケル母粒子21a の表面にＹＳＺ微粒子21b を
付着させたＮｉ複合粒子21の粉末とＹＳＺ単一粒子22の
粉末とを所定の混合比で混合し、溶射に適切な粒径に造
粒したもので、この燃料電極材料を固体電解質の表面に
溶射によって成膜することによって、Ｎｉ粒子とＹＳＺ
粒子とが高分散化し、寿命性能の良い燃料電極を成膜す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池の燃料電極材料及びそれを用いた燃料電極成膜方法
に関する。
電池の燃料電極材料及びそれを用いた燃料電極成膜方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は図６に模式的に
示すように、薄膜状の固体電解質膜１を挟んだ両側に多
孔質膜である燃料電極２と空気電極３とを形成したもの
であり、燃料電極２側に供給される燃料ガスと空気電極
３側に供給される酸素を含む気体、例えば空気中の酸素
Ｏ2 とが固体電解質膜１を介して高温度条件下で電気化
学的に反応することによって電極２，３間に起電力を得
る。
示すように、薄膜状の固体電解質膜１を挟んだ両側に多
孔質膜である燃料電極２と空気電極３とを形成したもの
であり、燃料電極２側に供給される燃料ガスと空気電極
３側に供給される酸素を含む気体、例えば空気中の酸素
Ｏ2 とが固体電解質膜１を介して高温度条件下で電気化
学的に反応することによって電極２，３間に起電力を得
る。
【０００３】すなわち、燃料電極２と固体電解質膜１の
部分で高温度条件下、通常、６５０℃〜１０５０℃の条
件下で化１式の改質反応を起こす。
部分で高温度条件下、通常、６５０℃〜１０５０℃の条
件下で化１式の改質反応を起こす。
【０００４】
【化１】 この改質反応で発生する水素Ｈ2 に対して、固体電解質
膜１を介して対極する燃料電極２と空気電極３との部分
で次の化２式の発電反応を起こし、遊離した電子２ｅ-
を集電することによって発電力を得る。
膜１を介して対極する燃料電極２と空気電極３との部分
で次の化２式の発電反応を起こし、遊離した電子２ｅ-
を集電することによって発電力を得る。
【０００５】
【化２】 つまり、燃料電極２においては化２（ａ）式に示すよう
に、改質反応で生成された水素Ｈ2 が、固体電解質膜１
から供給される酸化物イオンＯ2-と反応して水蒸気Ｈ2
Ｏと電子２ｅ- とを生成する。そして燃料電極２で生成
された電子２ｅ- が外部回路に回って空気電極３に到達
すると、この空気電極３において、化２（ｂ）式に示す
ように空気中の酸素と反応して酸化物イオンＯ2-を生成
し、これが固体電解質膜１に放出され、燃料電極２側に
到達して化２（ａ）式の反応に供されるのである。
に、改質反応で生成された水素Ｈ2 が、固体電解質膜１
から供給される酸化物イオンＯ2-と反応して水蒸気Ｈ2
Ｏと電子２ｅ- とを生成する。そして燃料電極２で生成
された電子２ｅ- が外部回路に回って空気電極３に到達
すると、この空気電極３において、化２（ｂ）式に示す
ように空気中の酸素と反応して酸化物イオンＯ2-を生成
し、これが固体電解質膜１に放出され、燃料電極２側に
到達して化２（ａ）式の反応に供されるのである。
【０００６】このような発電機構の固体電解質型燃料電
池では、上記の反応が固体電解質膜１の活性度が優れる
１０００℃程度で行われるので、固体電解質膜１として
は酸化物イオンの透過性に優れているだけでなく、高温
安定性に優れ、かつ不導電性である特性が要求され、従
来から、イットリアで安定化したジルコニアＹＳＺが主
に使用されている。
池では、上記の反応が固体電解質膜１の活性度が優れる
１０００℃程度で行われるので、固体電解質膜１として
は酸化物イオンの透過性に優れているだけでなく、高温
安定性に優れ、かつ不導電性である特性が要求され、従
来から、イットリアで安定化したジルコニアＹＳＺが主
に使用されている。
【０００７】また空気電極３には電子導電性が高く、分
極を生じにくく、固体電解質膜１との熱膨張率の差が小
さいことなどの要求に加えて、強い酸化性雰囲気中に置
かれるので耐酸化性に優れていることが要求され、ペロ
ブスカイト型ランタン系複合酸化物、例えば、ランタン
ストロンチウムマンガナイトが主に使用されている。
極を生じにくく、固体電解質膜１との熱膨張率の差が小
さいことなどの要求に加えて、強い酸化性雰囲気中に置
かれるので耐酸化性に優れていることが要求され、ペロ
ブスカイト型ランタン系複合酸化物、例えば、ランタン
ストロンチウムマンガナイトが主に使用されている。
【０００８】一方、燃料電極２は、起電力を外部に取り
出すための電極であるため電子導電性が高く、かつ分極
が生じにくい特性を有し、さらに高温の還元雰囲気中に
置かれるので、高温での安定性が要求され、従来から、
ニッケルＮｉまたは酸化ニッケルＮｉＯ、あるいはニッ
ケルジルコニアサーメットが採用されてきている。
出すための電極であるため電子導電性が高く、かつ分極
が生じにくい特性を有し、さらに高温の還元雰囲気中に
置かれるので、高温での安定性が要求され、従来から、
ニッケルＮｉまたは酸化ニッケルＮｉＯ、あるいはニッ
ケルジルコニアサーメットが採用されてきている。
【０００９】ところで、上記の構造の固体電解質型燃料
電池によって発電を行う場合、上述したように固体電解
質膜１と燃料電極２とは長時間、高温度の雰囲気中にさ
らされて高温度状態になるが、固体電解質膜１の組成と
燃料電極２の組成とが大きく異なっている場合には高温
度状態での熱膨張率の差に起因して固体電解質膜１また
は燃料電極２にクラックが発生したり、両者の接合部分
に剥離現象が発生する。
電池によって発電を行う場合、上述したように固体電解
質膜１と燃料電極２とは長時間、高温度の雰囲気中にさ
らされて高温度状態になるが、固体電解質膜１の組成と
燃料電極２の組成とが大きく異なっている場合には高温
度状態での熱膨張率の差に起因して固体電解質膜１また
は燃料電極２にクラックが発生したり、両者の接合部分
に剥離現象が発生する。
【００１０】そこで本願発明者らは、発電効率を低下さ
せることなく熱膨張率の差に起因する燃料電池の損傷を
防止することができる燃料電極成膜方法として特開平８
−２７３６７６号公報で公開されている燃料電極成膜方
法を開発した。
せることなく熱膨張率の差に起因する燃料電池の損傷を
防止することができる燃料電極成膜方法として特開平８
−２７３６７６号公報で公開されている燃料電極成膜方
法を開発した。
【００１１】この従来の燃料電極成膜方法は、ニッケル
または酸化ニッケル（以下、ニッケルＮｉと総称する）
とＹＳＺとの混合粉末を燃料電極材料とし、固体電解質
膜１に接触する側では固体電解質膜の組成であるＹＳＺ
の配合比を大きくした混合粉末材料を用い、厚さ方向に
固体電解質膜から遠ざかるにしたがって上記した改質反
応に優れるニッケルの配合比が増加する混合粉末材料を
用い、溶射法によって厚さ方向で連続的に、または段階
的に配合比が変化する傾斜配合比組成の燃料電極を成膜
する方法である。
または酸化ニッケル（以下、ニッケルＮｉと総称する）
とＹＳＺとの混合粉末を燃料電極材料とし、固体電解質
膜１に接触する側では固体電解質膜の組成であるＹＳＺ
の配合比を大きくした混合粉末材料を用い、厚さ方向に
固体電解質膜から遠ざかるにしたがって上記した改質反
応に優れるニッケルの配合比が増加する混合粉末材料を
用い、溶射法によって厚さ方向で連続的に、または段階
的に配合比が変化する傾斜配合比組成の燃料電極を成膜
する方法である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の燃料電極
成膜方法を採用することによって固体電解質膜１と燃料
電極２との熱膨張率の差に起因する問題点を解決するこ
とができたが、なお、次ような点で改善を必要としてい
た。それは、従来の燃料電極成膜方法では、使用する燃
料電極材料として所定粒径のニッケルの材料粉末とＹＳ
Ｚの材料粉末とを単純に配合比を調製しながら混合し、
溶射法で固体電解質膜上に成膜するので、ＹＳＺ粒子２
ａに対してニッケル２ｂの融点が低いため、図８に示す
ように燃料電極２のミクロな状態においてニッケル２ｂ
がラメラ構造となり、すなわち、ニッケル粒子２ｂが互
いにくっつき合って粒子径が大きくなり、燃料ガスの透
過性を阻害して改質反応が十分に促進できない点であ
る。
成膜方法を採用することによって固体電解質膜１と燃料
電極２との熱膨張率の差に起因する問題点を解決するこ
とができたが、なお、次ような点で改善を必要としてい
た。それは、従来の燃料電極成膜方法では、使用する燃
料電極材料として所定粒径のニッケルの材料粉末とＹＳ
Ｚの材料粉末とを単純に配合比を調製しながら混合し、
溶射法で固体電解質膜上に成膜するので、ＹＳＺ粒子２
ａに対してニッケル２ｂの融点が低いため、図８に示す
ように燃料電極２のミクロな状態においてニッケル２ｂ
がラメラ構造となり、すなわち、ニッケル粒子２ｂが互
いにくっつき合って粒子径が大きくなり、燃料ガスの透
過性を阻害して改質反応が十分に促進できない点であ
る。
【００１３】このような問題点は、溶射成膜時のニッケ
ル粒子の表面活性化を抑制すれば改善することができ、
そのために表面改質処理を施したニッケル粒子を用いる
ことが考えられる。この表面改質処理の方法には、たと
えば、高速気流中衝撃法やメカニカルアロイ法があり、
これらの方法で図９に示すように、ニッケル粒子を母粒
子１１とし、その表面にＹＳＺ微粒子を子粒子１２とし
て付着させた材料を得ることができる。
ル粒子の表面活性化を抑制すれば改善することができ、
そのために表面改質処理を施したニッケル粒子を用いる
ことが考えられる。この表面改質処理の方法には、たと
えば、高速気流中衝撃法やメカニカルアロイ法があり、
これらの方法で図９に示すように、ニッケル粒子を母粒
子１１とし、その表面にＹＳＺ微粒子を子粒子１２とし
て付着させた材料を得ることができる。
【００１４】ところが、このような表面改質処理したニ
ッケルジルコニア複合粒子の粉末を用いて燃料電極を成
膜する場合、次のような解決すべき課題があった。それ
は、ニッケル粒子を母粒子とし、これにＹＳＺ微粒子を
子粒子として付着させた複合粒子材料では、Ｎｉ母粒子
の表面積の関係から物理的な方法で得たものについて
は、ＮｉとＹＳＺとの配合比がＮｉ：ＹＳＺ＝８：２
（重量比）程度となり、ＹＳＺの存在比率をこれ以上大
きくしても、実際に燃料電極を成膜した場合にＹＳＺが
余ってしまい、微粉末であるゆえに高温条件下で凝集し
てＹＳＺの塊ができてしまってＮｉ−ＹＳＺの高分散化
が望めず、このため、上述した特開平８−２７３６７６
号公報に開示された方法を利用した場合、固体電解質膜
の表面に燃料電極としてＹＳＺ成分が支配的な層からＮ
ｉ成分が支配的な層までＮｉ粒子とＹＳＺ粒子とが所望
の傾斜配合比で、かつ高分散化された燃料電極を成膜す
ることができない問題点があった。
ッケルジルコニア複合粒子の粉末を用いて燃料電極を成
膜する場合、次のような解決すべき課題があった。それ
は、ニッケル粒子を母粒子とし、これにＹＳＺ微粒子を
子粒子として付着させた複合粒子材料では、Ｎｉ母粒子
の表面積の関係から物理的な方法で得たものについて
は、ＮｉとＹＳＺとの配合比がＮｉ：ＹＳＺ＝８：２
（重量比）程度となり、ＹＳＺの存在比率をこれ以上大
きくしても、実際に燃料電極を成膜した場合にＹＳＺが
余ってしまい、微粉末であるゆえに高温条件下で凝集し
てＹＳＺの塊ができてしまってＮｉ−ＹＳＺの高分散化
が望めず、このため、上述した特開平８−２７３６７６
号公報に開示された方法を利用した場合、固体電解質膜
の表面に燃料電極としてＹＳＺ成分が支配的な層からＮ
ｉ成分が支配的な層までＮｉ粒子とＹＳＺ粒子とが所望
の傾斜配合比で、かつ高分散化された燃料電極を成膜す
ることができない問題点があった。
【００１５】これを解決するために特開平７−２４２９
０２号、２４３０５７号、２４３０５８号公報に記載さ
れている燃料電極材料を用いることが考えられる。しか
しながら、特に燃料電極材料を大量生産する場合を考え
ると、母粒子の表面に異種の子粒子をそれらの存在比率
が異なった複数種の複合材料を製造しようとすると、単
に異種材料の粉末を所望の配合比で混合する場合に比べ
て多大の時間がかかる問題点があった。
０２号、２４３０５７号、２４３０５８号公報に記載さ
れている燃料電極材料を用いることが考えられる。しか
しながら、特に燃料電極材料を大量生産する場合を考え
ると、母粒子の表面に異種の子粒子をそれらの存在比率
が異なった複数種の複合材料を製造しようとすると、単
に異種材料の粉末を所望の配合比で混合する場合に比べ
て多大の時間がかかる問題点があった。
【００１６】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、Ｎｉ粒子とＹＳＺ粒子とを所望の傾斜
配合比に制御し、かつ高分散化された燃料電極を成膜す
ることができる固体電解質型燃料電池の燃料電極材料お
よびそれを用いた燃料電極成膜方法を提供することを目
的とする。
なされたもので、Ｎｉ粒子とＹＳＺ粒子とを所望の傾斜
配合比に制御し、かつ高分散化された燃料電極を成膜す
ることができる固体電解質型燃料電池の燃料電極材料お
よびそれを用いた燃料電極成膜方法を提供することを目
的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の固体電
解質型燃料電池の燃料電極材料は、ニッケルまたは酸化
ニッケル母粒子にイットリア安定化ジルコニア微粒子を
子粒子として付着させたニッケル複合粒子の粉末と、イ
ットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末とを所定の配
合比で混合した粉末である。
解質型燃料電池の燃料電極材料は、ニッケルまたは酸化
ニッケル母粒子にイットリア安定化ジルコニア微粒子を
子粒子として付着させたニッケル複合粒子の粉末と、イ
ットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末とを所定の配
合比で混合した粉末である。
【００１８】請求項２の発明の固体電解質型燃料電池の
燃料電極材料は、ニッケルまたは酸化ニッケル母粒子に
イットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として付着
させたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定化ジ
ルコニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合し、溶
射に適切な粒径に造粒したものである。
燃料電極材料は、ニッケルまたは酸化ニッケル母粒子に
イットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として付着
させたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定化ジ
ルコニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合し、溶
射に適切な粒径に造粒したものである。
【００１９】請求項３の発明は、請求項１または２の固
体電解質型燃料電池の燃料電極材料において、平均粒径
３〜１０ミクロンの前記ニッケルまたは酸化ニッケル母
粒子に平均粒径０．１ミクロンの前記イットリア安定化
ジルコニア微粒子を子粒子として付着させたニッケル複
合粒子の粉末と、平均粒径３〜５ミクロンの前記イット
リア安定化ジルコニア単一粒子の粉末とを用いたもので
ある。
体電解質型燃料電池の燃料電極材料において、平均粒径
３〜１０ミクロンの前記ニッケルまたは酸化ニッケル母
粒子に平均粒径０．１ミクロンの前記イットリア安定化
ジルコニア微粒子を子粒子として付着させたニッケル複
合粒子の粉末と、平均粒径３〜５ミクロンの前記イット
リア安定化ジルコニア単一粒子の粉末とを用いたもので
ある。
【００２０】請求項４の発明は、請求項２または３の固
体電解質型燃料電池の燃料電極材料において、造粒径が
４０〜５０ミクロンであることを特徴とするものであ
る。
体電解質型燃料電池の燃料電極材料において、造粒径が
４０〜５０ミクロンであることを特徴とするものであ
る。
【００２１】この請求項１〜４の発明の固体電解質型燃
料電池の燃料電極材料では、ニッケル複合粒子がニッケ
ル母粒子の表面にイットリア安定化ジルコニア微粒子が
付着した構造となっているので、固体電解質の表面に燃
料電極を溶射によって成膜する場合にニッケルまたは酸
化ニッケル粒子がラメラ構造になることがなく、ニッケ
ルまたは酸化ニッケル粒子とイットリア安定化ジルコニ
ア粒子とを高分散化でき、寿命性能の良い燃料電極を成
膜することができる。
料電池の燃料電極材料では、ニッケル複合粒子がニッケ
ル母粒子の表面にイットリア安定化ジルコニア微粒子が
付着した構造となっているので、固体電解質の表面に燃
料電極を溶射によって成膜する場合にニッケルまたは酸
化ニッケル粒子がラメラ構造になることがなく、ニッケ
ルまたは酸化ニッケル粒子とイットリア安定化ジルコニ
ア粒子とを高分散化でき、寿命性能の良い燃料電極を成
膜することができる。
【００２２】またニッケル複合粒子とイットリア安定化
ジルコニア単一粒子との配合比を調製することによって
主にイットリア安定化ジルコニアが支配的な配合比の材
料から主にニッケルが支配的な配合比の材料まで任意
に、かつ容易に得ることができ、したがってこの燃料電
極材料を使用して固体電解質膜に対して溶射することに
より、イットリア安定化ジルコニア成分が支配的な層か
らニッケル成分が支配的な層まで所望の傾斜配合比の燃
料電極を成膜することができる。
ジルコニア単一粒子との配合比を調製することによって
主にイットリア安定化ジルコニアが支配的な配合比の材
料から主にニッケルが支配的な配合比の材料まで任意
に、かつ容易に得ることができ、したがってこの燃料電
極材料を使用して固体電解質膜に対して溶射することに
より、イットリア安定化ジルコニア成分が支配的な層か
らニッケル成分が支配的な層まで所望の傾斜配合比の燃
料電極を成膜することができる。
【００２３】請求項５の発明の固体電解質型燃料電池の
燃料電極成膜方法は、ニッケルまたは酸化ニッケル母粒
子にイットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として
付着させたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定
化ジルコニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合し
た粉末の燃料電極材料を、基体となる固体電解質膜の表
面に溶射法によって所定の膜厚に成膜するものである。
燃料電極成膜方法は、ニッケルまたは酸化ニッケル母粒
子にイットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として
付着させたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定
化ジルコニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合し
た粉末の燃料電極材料を、基体となる固体電解質膜の表
面に溶射法によって所定の膜厚に成膜するものである。
【００２４】請求項６の発明の固体電解質型燃料電池の
燃料電極成膜方法は、ニッケルまたは酸化ニッケル母粒
子にイットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として
付着させたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定
化ジルコニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合
し、溶射に適切な粒径に造粒して得た燃料電極材料を、
基体となる固体電解質膜の表面に溶射法によって所定の
膜厚に成膜するものである。
燃料電極成膜方法は、ニッケルまたは酸化ニッケル母粒
子にイットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として
付着させたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定
化ジルコニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合
し、溶射に適切な粒径に造粒して得た燃料電極材料を、
基体となる固体電解質膜の表面に溶射法によって所定の
膜厚に成膜するものである。
【００２５】この請求項５及び６の発明の固体電解質型
燃料電池の燃料電極成膜方法では、ニッケル複合粒子の
粉末とイットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末との
配合比を任意に調製することによって、ニッケルまたは
酸化ニッケル粒子とイットリア安定化ジルコニアとが所
望の配合比で高分散化した固体電解質型燃料電池の燃料
電極を成膜することができる。
燃料電池の燃料電極成膜方法では、ニッケル複合粒子の
粉末とイットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末との
配合比を任意に調製することによって、ニッケルまたは
酸化ニッケル粒子とイットリア安定化ジルコニアとが所
望の配合比で高分散化した固体電解質型燃料電池の燃料
電極を成膜することができる。
【００２６】請求項７の発明は、請求項５または６の固
体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法において、前記
固体電解質膜の表面に前記燃料電極材料を溶射法によっ
て成膜するに際して、前記ニッケル複合粒子の粉末とイ
ットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末との重量配合
比を、１：９〜９：１の間で層ごとに段階的に変化さ
せ、前記所定の膜厚になるまで複数層積層するものであ
る。
体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法において、前記
固体電解質膜の表面に前記燃料電極材料を溶射法によっ
て成膜するに際して、前記ニッケル複合粒子の粉末とイ
ットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末との重量配合
比を、１：９〜９：１の間で層ごとに段階的に変化さ
せ、前記所定の膜厚になるまで複数層積層するものであ
る。
【００２７】請求項８の発明は、請求項５または６の固
体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法において、前記
固体電解質膜の表面に前記燃料電極材料を溶射法によっ
て成膜するに際して、前記ニッケル複合粒子の粉末とイ
ットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末との配合比を
連続的に変化させつつ前記所定の膜厚になるまで成膜
し、膜中のニッケル成分とイットリア安定化ジルコニア
成分との組成を膜厚方向で傾斜させるものである。
体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法において、前記
固体電解質膜の表面に前記燃料電極材料を溶射法によっ
て成膜するに際して、前記ニッケル複合粒子の粉末とイ
ットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末との配合比を
連続的に変化させつつ前記所定の膜厚になるまで成膜
し、膜中のニッケル成分とイットリア安定化ジルコニア
成分との組成を膜厚方向で傾斜させるものである。
【００２８】この請求項７及び８の発明の固体電解質型
燃料電池の燃料電極成膜方法では、固体電解質膜に近い
配合比のイットリア安定化ジルコニア成分が支配的な層
から改質反応と電子導電性に優れた配合比のニッケル成
分が支配的な層まで傾斜組成の燃料電極を形成すること
により、固体電解質膜と燃料電極との接合部分の高温状
態での熱膨張率の差を小さくし、熱膨張率の差に起因す
る剥離やクラックの発生を防止し、性能の良い燃料電極
を成膜することができる。
燃料電池の燃料電極成膜方法では、固体電解質膜に近い
配合比のイットリア安定化ジルコニア成分が支配的な層
から改質反応と電子導電性に優れた配合比のニッケル成
分が支配的な層まで傾斜組成の燃料電極を形成すること
により、固体電解質膜と燃料電極との接合部分の高温状
態での熱膨張率の差を小さくし、熱膨張率の差に起因す
る剥離やクラックの発生を防止し、性能の良い燃料電極
を成膜することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の
固体電解質型燃料電池の燃料電極材料の原料となるニッ
ケル複合粒子２１とＹＳＺ単一粒子２２とを示してい
る。
基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の
固体電解質型燃料電池の燃料電極材料の原料となるニッ
ケル複合粒子２１とＹＳＺ単一粒子２２とを示してい
る。
【００３０】ニッケル複合粒子２１はミクロ的に見る
と、ニッケルまたは酸化ニッケル粒子（以下、ニッケル
粒子と総称する）２１ａを母粒子とし、表面改質処理に
よってその表面にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）微粒子２１ｂを子粒子として付着させた構造であ
る。ニッケル粒子２１ａは平均粒径が３〜１０ミクロン
であり、その表面に付着させるＹＳＺ子粒子２１ｂは平
均粒径がニッケル母粒子２１ａより１オーダー小さく、
０．１ミクロン程度である。
と、ニッケルまたは酸化ニッケル粒子（以下、ニッケル
粒子と総称する）２１ａを母粒子とし、表面改質処理に
よってその表面にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）微粒子２１ｂを子粒子として付着させた構造であ
る。ニッケル粒子２１ａは平均粒径が３〜１０ミクロン
であり、その表面に付着させるＹＳＺ子粒子２１ｂは平
均粒径がニッケル母粒子２１ａより１オーダー小さく、
０．１ミクロン程度である。
【００３１】このニッケル複合粒子２１の製造には、ニ
ッケル母粒子２１ａに対して高速気流中衝撃法やメカニ
カルアロイ法によって物理的にＹＳＺ微粒子２１ｂを付
着させる方法や、湿式金属コーティング法のように化学
的に付着させる方法が採用される。そしてこのニッケル
複合粒子２１におけるニッケル母粒子２１ａとＹＳＺ子
粒子２１ｂとの存在比は、重量比にしてＮｉ：ＹＳＺ＝
８：２程度である。表面改質処理法の種類によってはＹ
ＳＺの存在比をより大きくすることもできるが、実際に
燃料電極成膜をすると、ＹＳＺ微粒子の凝集によって燃
料電極中にＹＳＺの巨大粒子が出現し、かえってＮｉと
ＹＳＺとの高分散化を阻害し、ガス透過性を損ね、改質
反応を阻害する問題を引き起こすことになる。
ッケル母粒子２１ａに対して高速気流中衝撃法やメカニ
カルアロイ法によって物理的にＹＳＺ微粒子２１ｂを付
着させる方法や、湿式金属コーティング法のように化学
的に付着させる方法が採用される。そしてこのニッケル
複合粒子２１におけるニッケル母粒子２１ａとＹＳＺ子
粒子２１ｂとの存在比は、重量比にしてＮｉ：ＹＳＺ＝
８：２程度である。表面改質処理法の種類によってはＹ
ＳＺの存在比をより大きくすることもできるが、実際に
燃料電極成膜をすると、ＹＳＺ微粒子の凝集によって燃
料電極中にＹＳＺの巨大粒子が出現し、かえってＮｉと
ＹＳＺとの高分散化を阻害し、ガス透過性を損ね、改質
反応を阻害する問題を引き起こすことになる。
【００３２】燃料電極材料としてニッケル複合粒子２１
と混合するＹＳＺ単一粒子２２は、ニッケル複合粒子２
１と平均粒径がほぼ等しいものを採用する。
と混合するＹＳＺ単一粒子２２は、ニッケル複合粒子２
１と平均粒径がほぼ等しいものを採用する。
【００３３】上記組成、サイズのニッケル複合粒子２１
とＹＳＺ単一粒子２２とは、所定の配合比で混合し、湿
式混合し、スプレードライ法によって４０〜５０ミクロ
ンの材料粒子２３に造粒することによって図２に示すよ
うな燃料電極材料を得る。ここで配合比はニッケル複合
粒子粉末：ＹＳＺ単一粒子粉末＝１〜９：９〜１（重量
比）で任意に調製することができる。そして燃料電極成
膜に用いるためには、複数種の傾斜配合比の燃料電極材
料を用意し、順次、溶射法によって固体電解質膜上に成
膜する。
とＹＳＺ単一粒子２２とは、所定の配合比で混合し、湿
式混合し、スプレードライ法によって４０〜５０ミクロ
ンの材料粒子２３に造粒することによって図２に示すよ
うな燃料電極材料を得る。ここで配合比はニッケル複合
粒子粉末：ＹＳＺ単一粒子粉末＝１〜９：９〜１（重量
比）で任意に調製することができる。そして燃料電極成
膜に用いるためには、複数種の傾斜配合比の燃料電極材
料を用意し、順次、溶射法によって固体電解質膜上に成
膜する。
【００３４】溶射法に採用する溶射装置は図３に示す構
成であり、プラズマを発生させる溶射ガン４に対してパ
ウダフィーダ５から燃料電極材料粉末を供給し、溶射ガ
ン４で溶融状態にして固体電解質膜１の表面に吹き付け
て燃料電極２を成膜する。そして複数種の傾斜配合比の
燃料電極材料を成膜するには、ＹＳＺ単一粒子の配合比
がいちばん高い材料粉末をパウダフィーダ５に所定量だ
け供給し、固体電解質膜１にプラズマ溶射によって第１
層２−１を成膜し、次に１段階だけＹＳＺ単一粒子の配
合比が低い材料粉末をパウダフィーダ５に供給し、溶射
によって第２層２−２を成膜し、以降、ＹＳＺ単一粒子
の配合比を１段階ずつ小さくした燃料電極材料粉末を順
次、パウダフィーダ５に供給し、溶射によって第ｉ層２
−ｉを成膜する方法を繰り返す。こうして成膜した燃料
電極２は図４に示すような組成が段階的に変化する層構
造となる。
成であり、プラズマを発生させる溶射ガン４に対してパ
ウダフィーダ５から燃料電極材料粉末を供給し、溶射ガ
ン４で溶融状態にして固体電解質膜１の表面に吹き付け
て燃料電極２を成膜する。そして複数種の傾斜配合比の
燃料電極材料を成膜するには、ＹＳＺ単一粒子の配合比
がいちばん高い材料粉末をパウダフィーダ５に所定量だ
け供給し、固体電解質膜１にプラズマ溶射によって第１
層２−１を成膜し、次に１段階だけＹＳＺ単一粒子の配
合比が低い材料粉末をパウダフィーダ５に供給し、溶射
によって第２層２−２を成膜し、以降、ＹＳＺ単一粒子
の配合比を１段階ずつ小さくした燃料電極材料粉末を順
次、パウダフィーダ５に供給し、溶射によって第ｉ層２
−ｉを成膜する方法を繰り返す。こうして成膜した燃料
電極２は図４に示すような組成が段階的に変化する層構
造となる。
【００３５】そして燃料電極２の熱機械的特性は、ＹＳ
Ｚ成分が支配的な層では固体電解質膜１と熱膨張率の差
が小さく、燃料電池の高温運転時の熱膨張率の差に起因
する接合部分での剥離や固体電解質膜１または燃料電極
２でのクラックの発生を効果的に防止することができる
ことになる。
Ｚ成分が支配的な層では固体電解質膜１と熱膨張率の差
が小さく、燃料電池の高温運転時の熱膨張率の差に起因
する接合部分での剥離や固体電解質膜１または燃料電極
２でのクラックの発生を効果的に防止することができる
ことになる。
【００３６】なお、燃料電極２の成膜に上記のように複
数種の傾斜配合比の燃料電極材料を用いて配合比の異な
る層を積層する代わりに、より簡易な成膜法として熱膨
張率の差を考慮して許容できる範囲で１種類の配合比の
燃料電極材料粉末を用い、溶射法で成膜することも可能
であり、これによっても燃料電極内でのニッケル粒子と
ＹＳＺ粒子との高分散化が図れ、発電性能が向上する。
数種の傾斜配合比の燃料電極材料を用いて配合比の異な
る層を積層する代わりに、より簡易な成膜法として熱膨
張率の差を考慮して許容できる範囲で１種類の配合比の
燃料電極材料粉末を用い、溶射法で成膜することも可能
であり、これによっても燃料電極内でのニッケル粒子と
ＹＳＺ粒子との高分散化が図れ、発電性能が向上する。
【００３７】また溶射法としては公知の大気圧プラズマ
溶射法が最適であるが、その他の方法、例えば、フレー
ム（酸素−アセチレン）溶射法、高周波プラズマ溶射
法、レーザー溶射法を採用することもできる。
溶射法が最適であるが、その他の方法、例えば、フレー
ム（酸素−アセチレン）溶射法、高周波プラズマ溶射
法、レーザー溶射法を採用することもできる。
【００３８】また溶射法により傾斜組成の燃料電極を成
膜するに際し、上記のように複数種の重量配合比の材料
粉末を順次に供給して溶射する代わりに、２フィーダ方
式を採用し、ニッケル複合粒子２１の粉末材料とＹＳＺ
単一粒子２２の粉末材料とを個別にフィーダから供給
し、それぞれの供給量を固体電解質膜１側ではＹＳＺ単
一粒子２２の供給量を大きくし、ニッケル複合粒子２１
の供給量を小さくし、膜厚方向に進むにつれ、ＹＳＺ単
一粒子２２の供給量を徐々に小さくし、反対にニッケル
複合粒子２１の供給量を徐々に大きくする供給量調整を
行う方法を採用することができる。
膜するに際し、上記のように複数種の重量配合比の材料
粉末を順次に供給して溶射する代わりに、２フィーダ方
式を採用し、ニッケル複合粒子２１の粉末材料とＹＳＺ
単一粒子２２の粉末材料とを個別にフィーダから供給
し、それぞれの供給量を固体電解質膜１側ではＹＳＺ単
一粒子２２の供給量を大きくし、ニッケル複合粒子２１
の供給量を小さくし、膜厚方向に進むにつれ、ＹＳＺ単
一粒子２２の供給量を徐々に小さくし、反対にニッケル
複合粒子２１の供給量を徐々に大きくする供給量調整を
行う方法を採用することができる。
【００３９】この２フィーダ方式を採用すれば、成膜し
た燃料電極２はニッケル成分とＹＳＺ成分との配合比が
連続的に変化する傾斜組成とすることができる。そして
燃料電極２の熱機械的特性は、第１の実施の形態と同様
に、固体電解質膜１に接合するＹＳＺ成分が支配的な層
では固体電解質膜１との熱膨張率の差が小さく、燃料電
池の高温運転時の熱膨張率の差に起因する接合部分での
剥離や固体電解質膜１または燃料電極２でのクラックの
発生を効果的に防止できるものとなる。
た燃料電極２はニッケル成分とＹＳＺ成分との配合比が
連続的に変化する傾斜組成とすることができる。そして
燃料電極２の熱機械的特性は、第１の実施の形態と同様
に、固体電解質膜１に接合するＹＳＺ成分が支配的な層
では固体電解質膜１との熱膨張率の差が小さく、燃料電
池の高温運転時の熱膨張率の差に起因する接合部分での
剥離や固体電解質膜１または燃料電極２でのクラックの
発生を効果的に防止できるものとなる。
【００４０】また上記の実施の形態では、溶射粉末材料
をいったん造粒し、造粒した粉末材料を用いて溶射する
ようにしたが、溶射装置の性能により、造粒せずに微粉
末材料を直接使用することも可能である。
をいったん造粒し、造粒した粉末材料を用いて溶射する
ようにしたが、溶射装置の性能により、造粒せずに微粉
末材料を直接使用することも可能である。
【００４１】
【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。
【００４２】＜実施例１＞平均粒径５ミクロンの酸化ニ
ッケル母粒子２１ａの粉末に対して平均粒径０．１ミク
ロンのＹＳＺ子粒子２１ｂの粉末を重量比８：２に混合
し、高速気流中衝撃法によってニッケル複合粒子２１の
粉末を作製した。
ッケル母粒子２１ａの粉末に対して平均粒径０．１ミク
ロンのＹＳＺ子粒子２１ｂの粉末を重量比８：２に混合
し、高速気流中衝撃法によってニッケル複合粒子２１の
粉末を作製した。
【００４３】そしてこのニッケル複合粒子２１の粉末に
対して平均粒径５ミクロンのＹＳＺ単一粒子２２の粉末
をＮｉ：ＹＳＺ＝１：９，５：５，９：１となる重量配
合比で混合することによって３種類の燃料電極材料混合
粉末を作製し、これらを湿式混合した後、スプレードラ
イ法によって４０〜５０ミクロン粒径に造粒し、３種類
の燃料電極材料２３を作製した。
対して平均粒径５ミクロンのＹＳＺ単一粒子２２の粉末
をＮｉ：ＹＳＺ＝１：９，５：５，９：１となる重量配
合比で混合することによって３種類の燃料電極材料混合
粉末を作製し、これらを湿式混合した後、スプレードラ
イ法によって４０〜５０ミクロン粒径に造粒し、３種類
の燃料電極材料２３を作製した。
【００４４】次にこれらの３種類の燃料電極材料を大気
圧プラズマ溶射装置により、
圧プラズマ溶射装置により、
【表１】 表１に示す条件ですでに反対側表面にランタンマンガナ
イト系の空気電極が成膜されている固体電解質膜１の表
面に溶射することにより、それぞれ層厚３０ミクロンの
３層から成る燃料電極を成膜した。
イト系の空気電極が成膜されている固体電解質膜１の表
面に溶射することにより、それぞれ層厚３０ミクロンの
３層から成る燃料電極を成膜した。
【００４５】また発電性能比較のために、平均粒径５ミ
クロンの酸化ニッケル粒子と、平均粒径５ミクロンのＹ
ＳＺ単一粒子を重量比でＮｉ：ＹＳＺ＝１：９，５：
５，９：１となる配合比の３種類の燃料電極材料混合粉
末を作製し、これらも湿式混合した後、スプレードライ
法によって４０〜５０ミクロン粒径に造粒し、３種類の
燃料電極材料を作製し、これを上記同様の条件で大気圧
プラズマ溶射によって固体電解質膜１の表面にそれぞれ
層厚３０ミクロンの３層構造の燃料電極を成膜した。
クロンの酸化ニッケル粒子と、平均粒径５ミクロンのＹ
ＳＺ単一粒子を重量比でＮｉ：ＹＳＺ＝１：９，５：
５，９：１となる配合比の３種類の燃料電極材料混合粉
末を作製し、これらも湿式混合した後、スプレードライ
法によって４０〜５０ミクロン粒径に造粒し、３種類の
燃料電極材料を作製し、これを上記同様の条件で大気圧
プラズマ溶射によって固体電解質膜１の表面にそれぞれ
層厚３０ミクロンの３層構造の燃料電極を成膜した。
【００４６】このようにして得た本発明の実施例１の燃
料電極と比較例１の燃料電極について、まずミクロな組
織構造を観察した。その結果、比較例の場合にはニッケ
ル粒子が図８に示したようなラメラ構造となっていた
が、本発明による燃料電極２では図５に示すようにニッ
ケル粒子とＹＳＺ粒子とが高分散化していた。
料電極と比較例１の燃料電極について、まずミクロな組
織構造を観察した。その結果、比較例の場合にはニッケ
ル粒子が図８に示したようなラメラ構造となっていた
が、本発明による燃料電極２では図５に示すようにニッ
ケル粒子とＹＳＺ粒子とが高分散化していた。
【００４７】また上記の燃料電極の成膜により完成した
燃料電池セルに対して、温度：１０００℃、酸化剤：空
気、燃料ガス：水素の条件で発電試験を実施したが、得
られた結果、比較例では電圧劣化率が２．０％／１００
０ｈであったが、本発明による燃料電極を有する燃料電
池セルの場合、１．０％／１０００ｈであり、発電寿命
性能及び分極特性が向上した。
燃料電池セルに対して、温度：１０００℃、酸化剤：空
気、燃料ガス：水素の条件で発電試験を実施したが、得
られた結果、比較例では電圧劣化率が２．０％／１００
０ｈであったが、本発明による燃料電極を有する燃料電
池セルの場合、１．０％／１０００ｈであり、発電寿命
性能及び分極特性が向上した。
【００４８】＜実施例２＞実施例１と同じ方法で作製し
たニッケル複合粒子２１と、ＹＳＺ単一粒子２２とを材
料とし、それぞれを湿式混合した後、スプレードライ法
によって４０〜５０ミクロン粒径に造粒して２種類の溶
射材料を作製した。
たニッケル複合粒子２１と、ＹＳＺ単一粒子２２とを材
料とし、それぞれを湿式混合した後、スプレードライ法
によって４０〜５０ミクロン粒径に造粒して２種類の溶
射材料を作製した。
【００４９】次に大気圧プラズマ溶射装置により、２台
のフィーダにて各々の溶射材料の供給量をコントロール
し、プラズマ溶射ガンの先端部へ供給し、図６に示す重
量成分比の溶射膜９０ミクロンを形成した。溶射条件
は、実施例１と同様、表１に示すものであった。
のフィーダにて各々の溶射材料の供給量をコントロール
し、プラズマ溶射ガンの先端部へ供給し、図６に示す重
量成分比の溶射膜９０ミクロンを形成した。溶射条件
は、実施例１と同様、表１に示すものであった。
【００５０】また発電性能比較のために、平均粒径５ミ
クロンの酸化ニッケル粒子と、平均粒径５ミクロンのＹ
ＳＺ粒子とを２種類の溶射材料とし、実施例２と同じ条
件で溶射膜９０ミクロンを形成した。
クロンの酸化ニッケル粒子と、平均粒径５ミクロンのＹ
ＳＺ粒子とを２種類の溶射材料とし、実施例２と同じ条
件で溶射膜９０ミクロンを形成した。
【００５１】上記の溶射により燃料電極が成膜された実
施例２の燃料電池セルと比較例の燃料電池セルに対して
実施例１と同じ条件で発電試験を実施したが、得られた
結果、比較例では電圧劣化率が２．０％／１０００ｈで
あったが、本発明による燃料電極を有する燃料電池セル
の場合、電圧劣化率が１．５％／１０００ｈであり、発
電寿命性能及び分極性能が向上した。
施例２の燃料電池セルと比較例の燃料電池セルに対して
実施例１と同じ条件で発電試験を実施したが、得られた
結果、比較例では電圧劣化率が２．０％／１０００ｈで
あったが、本発明による燃料電極を有する燃料電池セル
の場合、電圧劣化率が１．５％／１０００ｈであり、発
電寿命性能及び分極性能が向上した。
【００５２】＜実施例３＞実施例１と同じニッケル複合
粒子２１の粉末とＹＳＺ単一粒子２２の粉末をＮｉ：Ｙ
ＳＺ＝４０：６０となる重量配合比で混合して燃料電極
材料混合粉末を作製し、これを実施例１と同じ方法で湿
式混合し、スプレードライ法によって４０〜５０ミクロ
ン粒径に造粒して燃料電極材料２３を作製した。
粒子２１の粉末とＹＳＺ単一粒子２２の粉末をＮｉ：Ｙ
ＳＺ＝４０：６０となる重量配合比で混合して燃料電極
材料混合粉末を作製し、これを実施例１と同じ方法で湿
式混合し、スプレードライ法によって４０〜５０ミクロ
ン粒径に造粒して燃料電極材料２３を作製した。
【００５３】次に大気圧プラズマ溶射装置により、実施
例１と同じ条件で固体電解質膜１の表面に膜厚９０ミク
ロンの燃料電極を成膜した。
例１と同じ条件で固体電解質膜１の表面に膜厚９０ミク
ロンの燃料電極を成膜した。
【００５４】また発電性能比較のために、平均粒径５ミ
クロンの酸化ニッケル粒子の粉末と平均粒径５ミクロン
のＹＳＺ単一粒子の粉末とを重量比でＮｉ：ＹＳＺ＝４
０：６０となる配合比で混合して燃料電極材料混合粉末
を作製し、これも湿式混合した後、スプレードライ法に
よって４０〜５０ミクロン粒径に造粒し、燃料電極材料
を作製し、上記同様の条件で大気圧プラズマ溶射によっ
て固体電解質膜１の表面に膜厚９０ミクロンの燃料電極
を成膜した。
クロンの酸化ニッケル粒子の粉末と平均粒径５ミクロン
のＹＳＺ単一粒子の粉末とを重量比でＮｉ：ＹＳＺ＝４
０：６０となる配合比で混合して燃料電極材料混合粉末
を作製し、これも湿式混合した後、スプレードライ法に
よって４０〜５０ミクロン粒径に造粒し、燃料電極材料
を作製し、上記同様の条件で大気圧プラズマ溶射によっ
て固体電解質膜１の表面に膜厚９０ミクロンの燃料電極
を成膜した。
【００５５】このようにして得た実施例３の燃料電極と
比較例３の燃料電極について、まずミクロな組織構造を
観察した。その結果、比較例の場合にはニッケル粒子が
図８に示したようなラメラ構造となっていたが、本発明
による燃料電極２では図５に示した構造と同じく、ニッ
ケル粒子とＹＳＺ粒子とが高分散化していた。
比較例３の燃料電極について、まずミクロな組織構造を
観察した。その結果、比較例の場合にはニッケル粒子が
図８に示したようなラメラ構造となっていたが、本発明
による燃料電極２では図５に示した構造と同じく、ニッ
ケル粒子とＹＳＺ粒子とが高分散化していた。
【００５６】また上記の燃料電極の成膜により完成した
燃料電池セルに対して、実施例１と同じ条件で発電試験
を実施したが、得られた結果、比較例では電圧劣化率が
４．０％／１０００ｈであったが、本発明による燃料電
極を有する燃料電池セルの場合、電圧劣化率が２．４％
／１０００ｈであり、発電寿命性能及び分極特性が向上
した。
燃料電池セルに対して、実施例１と同じ条件で発電試験
を実施したが、得られた結果、比較例では電圧劣化率が
４．０％／１０００ｈであったが、本発明による燃料電
極を有する燃料電池セルの場合、電圧劣化率が２．４％
／１０００ｈであり、発電寿命性能及び分極特性が向上
した。
【００５７】
【発明の効果】以上のように請求項１〜４の発明の固体
電解質型燃料電池の燃料電極材料では、ニッケル複合粒
子がニッケル母粒子の表面にイットリア安定化ジルコニ
ア微粒子が付着した構造となっているので、固体電解質
の表面に燃料電極を溶射によって成膜する場合にニッケ
ルまたは酸化ニッケル粒子がラメラ構造になることがな
く、ニッケルまたは酸化ニッケル粒子とイットリア安定
化ジルコニア粒子とを高分散化でき、寿命特性の良い燃
料電極を成膜することができる。
電解質型燃料電池の燃料電極材料では、ニッケル複合粒
子がニッケル母粒子の表面にイットリア安定化ジルコニ
ア微粒子が付着した構造となっているので、固体電解質
の表面に燃料電極を溶射によって成膜する場合にニッケ
ルまたは酸化ニッケル粒子がラメラ構造になることがな
く、ニッケルまたは酸化ニッケル粒子とイットリア安定
化ジルコニア粒子とを高分散化でき、寿命特性の良い燃
料電極を成膜することができる。
【００５８】またニッケル複合粒子とイットリア安定化
ジルコニア単一粒子との配合比を調製することによって
主にイットリア安定化ジルコニアが支配的な配合比の材
料から主にニッケルが支配的な配合比の材料まで任意
に、かつ容易に得ることができ、したがってこの燃料電
極材料を使用して固体電解質膜に対して溶射することに
より、イットリア安定化ジルコニア成分が支配的な層か
らニッケル成分が支配的な層まで所望の傾斜配合比の燃
料電極を成膜することができる。
ジルコニア単一粒子との配合比を調製することによって
主にイットリア安定化ジルコニアが支配的な配合比の材
料から主にニッケルが支配的な配合比の材料まで任意
に、かつ容易に得ることができ、したがってこの燃料電
極材料を使用して固体電解質膜に対して溶射することに
より、イットリア安定化ジルコニア成分が支配的な層か
らニッケル成分が支配的な層まで所望の傾斜配合比の燃
料電極を成膜することができる。
【００５９】請求項５及び６の発明の固体電解質型燃料
電池の燃料電極成膜方法では、ニッケル複合粒子の粉末
とイットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末との配合
比を任意に調製することによって、ニッケルまたは酸化
ニッケル粒子とイットリア安定化ジルコニアとが所望の
配合比で高分散化した固体電解質型燃料電池の燃料電極
を成膜することができる。
電池の燃料電極成膜方法では、ニッケル複合粒子の粉末
とイットリア安定化ジルコニア単一粒子の粉末との配合
比を任意に調製することによって、ニッケルまたは酸化
ニッケル粒子とイットリア安定化ジルコニアとが所望の
配合比で高分散化した固体電解質型燃料電池の燃料電極
を成膜することができる。
【００６０】請求項７及び８の発明の固体電解質型燃料
電池の燃料電極成膜方法では、固体電解質膜に近い配合
比のイットリア安定化ジルコニア成分が支配的な層から
改質反応と電子導電性に優れた配合比のニッケル成分が
支配的な層まで傾斜組成の燃料電極を形成することによ
り、固体電解質膜と燃料電極との接合部分の高温状態で
の熱膨張率の差を小さくし、熱膨張率の差に起因する剥
離やクラックの発生を防止し、性能の良い燃料電極を成
膜することができる。
電池の燃料電極成膜方法では、固体電解質膜に近い配合
比のイットリア安定化ジルコニア成分が支配的な層から
改質反応と電子導電性に優れた配合比のニッケル成分が
支配的な層まで傾斜組成の燃料電極を形成することによ
り、固体電解質膜と燃料電極との接合部分の高温状態で
の熱膨張率の差を小さくし、熱膨張率の差に起因する剥
離やクラックの発生を防止し、性能の良い燃料電極を成
膜することができる。
【図１】本発明の燃料電極材料の１つの実施の形態の製
造過程を示す説明図。
造過程を示す説明図。
【図２】上記の実施の形態の燃料電極材料の組成を示す
説明図。
説明図。
【図３】本発明の燃料電極成膜方法の１つの実施の形態
に用いるプラズマ溶射装置の説明図。
に用いるプラズマ溶射装置の説明図。
【図４】上記の実施の形態の燃料電極成膜方法で成膜し
た燃料電極の構造を示す断面図。
た燃料電極の構造を示す断面図。
【図５】上記の実施の形態の燃料電極成膜方法で成膜し
た燃料電極の組織構造の拡大図。
た燃料電極の組織構造の拡大図。
【図６】傾斜組成の燃料電極のニッケル成分とＹＳＺ成
分との存在比を示すグラフ。
分との存在比を示すグラフ。
【図７】一般的な固体電解質型燃料電池の説明図。
【図８】従来例の燃料電極成膜方法で成膜した燃料電極
の組織構造の拡大図。
の組織構造の拡大図。
【図９】ニッケル複合粒子の断面図。
１ 固体電解質膜 ２ 燃料電極 ２−１，２−２，…，２−ｉ，…，２−ｎ 層 ２１ ニッケル複合粒子 ２１ａ ニッケル母粒子 ２１ｂ イットリア安定化ジルコニア子粒子 ２２ イットリア安定化ジルコニア単一粒子 ２３ 燃料電極材料粒子 ３ 空気電極 ４ 溶射ガン ５ パウダフィーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兼田 波子 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内
Claims (8)
- 【請求項１】 ニッケルまたは酸化ニッケル母粒子にイ
ットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として付着さ
せたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定化ジル
コニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合した粉末
で成る固体電解質型燃料電池の燃料電極材料。 - 【請求項２】 ニッケルまたは酸化ニッケル母粒子にイ
ットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として付着さ
せたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定化ジル
コニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合し、溶射
に適切な粒径に造粒して成る固体電解質型燃料電池の燃
料電極材料。 - 【請求項３】 平均粒径３〜１０ミクロンの前記ニッケ
ルまたは酸化ニッケル母粒子に平均粒径０．１ミクロン
の前記イットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子とし
て付着させたニッケル複合粒子の粉末と、平均粒径３〜
５ミクロンの前記イットリア安定化ジルコニア単一粒子
の粉末とを用いた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の燃料電極材料。 - 【請求項４】 造粒径が４０〜５０ミクロンであること
を特徴とする請求項２または３に記載の固体電解質型燃
料電池の燃料電極材料。 - 【請求項５】 ニッケルまたは酸化ニッケル母粒子にイ
ットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として付着さ
せたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定化ジル
コニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合した粉末
の燃料電極材料を、基体となる固体電解質膜の表面に溶
射法によって所定の膜厚に成膜することを特徴とする固
体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法。 - 【請求項６】 ニッケルまたは酸化ニッケル母粒子にイ
ットリア安定化ジルコニア微粒子を子粒子として付着さ
せたニッケル複合粒子の粉末と、イットリア安定化ジル
コニア単一粒子の粉末とを所定の配合比で混合し、溶射
に適切な粒径に造粒して得た燃料電極材料を、基体とな
る固体電解質膜の表面に溶射法によって所定の膜厚に成
膜することを特徴とする固体電解質型燃料電池の燃料電
極成膜方法。 - 【請求項７】 前記固体電解質膜の表面に前記燃料電極
材料を溶射法によって成膜するに際して、前記ニッケル
複合粒子の粉末とイットリア安定化ジルコニア単一粒子
の粉末との重量配合比を、１：９〜９：１の間で層ごと
に段階的に変化させ、前記所定の膜厚になるまで複数層
積層することを特徴とする請求項５または６に記載の固
体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法。 - 【請求項８】 前記固体電解質膜の表面に前記燃料電極
材料を溶射法によって成膜するに際して、前記ニッケル
複合粒子の粉末とイットリア安定化ジルコニア単一粒子
の粉末との配合比を連続的に変化させつつ前記所定の膜
厚になるまで成膜し、膜中のニッケル成分とイットリア
安定化ジルコニア成分との組成を膜厚方向で傾斜させる
ことを特徴とする請求項５または６に記載の固体電解質
型燃料電池の燃料電極成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9191422A JPH1140169A (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極材料およびそれを用いた燃料電極成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9191422A JPH1140169A (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極材料およびそれを用いた燃料電極成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140169A true JPH1140169A (ja) | 1999-02-12 |
Family
ID=16274358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9191422A Pending JPH1140169A (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極材料およびそれを用いた燃料電極成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1140169A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005112154A1 (ja) * | 2004-05-17 | 2005-11-24 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | 固体酸化物形燃料電池用アノード支持基板およびその製法 |
| WO2006101136A1 (ja) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | 固体酸化物形燃料電池用燃料極材料およびそれを用いた燃料極、並びに燃料電池セル |
| EP1768208A3 (en) * | 2005-09-15 | 2008-05-28 | Korea Institute of Science and Technology | High performance anode-supported solid oxide fuel cell |
| JP2009518810A (ja) * | 2005-12-08 | 2009-05-07 | シーメンス パワー ジェネレイション インコーポレイテッド | 多段濃度勾配の燃料電極及びその製作方法 |
| WO2024204566A1 (ja) * | 2023-03-31 | 2024-10-03 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 溶射用粉末 |
-
1997
- 1997-07-16 JP JP9191422A patent/JPH1140169A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005112154A1 (ja) * | 2004-05-17 | 2005-11-24 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | 固体酸化物形燃料電池用アノード支持基板およびその製法 |
| WO2006101136A1 (ja) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | 固体酸化物形燃料電池用燃料極材料およびそれを用いた燃料極、並びに燃料電池セル |
| EP1768208A3 (en) * | 2005-09-15 | 2008-05-28 | Korea Institute of Science and Technology | High performance anode-supported solid oxide fuel cell |
| JP2009518810A (ja) * | 2005-12-08 | 2009-05-07 | シーメンス パワー ジェネレイション インコーポレイテッド | 多段濃度勾配の燃料電極及びその製作方法 |
| WO2024204566A1 (ja) * | 2023-03-31 | 2024-10-03 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 溶射用粉末 |
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