JP2000003711A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JP2000003711A JP2000003711A JP10164715A JP16471598A JP2000003711A JP 2000003711 A JP2000003711 A JP 2000003711A JP 10164715 A JP10164715 A JP 10164715A JP 16471598 A JP16471598 A JP 16471598A JP 2000003711 A JP2000003711 A JP 2000003711A
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- 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
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 メタン等の炭化水素を改質ガスとして用いた
場合でも良好な発電が可能な固体電解質型燃料電池を提
供する。 【解決手段】 本発明の固体電解質型燃料電池は、多孔
質の基体管１１上に燃料極１２，電解質１３，空気極１
４を形成してなる固体電解質型燃料電池において、上記
燃料極１２をＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化
物とからなる混合物で形成してなるものである。
場合でも良好な発電が可能な固体電解質型燃料電池を提
供する。 【解決手段】 本発明の固体電解質型燃料電池は、多孔
質の基体管１１上に燃料極１２，電解質１３，空気極１
４を形成してなる固体電解質型燃料電池において、上記
燃料極１２をＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化
物とからなる混合物で形成してなるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改質ガスとして炭
化水素等を用いた場合における発電効率を向上させる固
体電解質型燃料電池に関する。
化水素等を用いた場合における発電効率を向上させる固
体電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池には円筒型と平板
型とに大きく大別される。このうち円筒型としては縦縞
型（円筒単素子タイプ）と、横縞型（円筒多素子タイ
プ）とに分類される。
型とに大きく大別される。このうち円筒型としては縦縞
型（円筒単素子タイプ）と、横縞型（円筒多素子タイ
プ）とに分類される。
【０００３】図１（ａ）に円筒横縞型（円筒多素子タイ
プ）の固体電解質型燃料電池の概略図、（ｂ）に（ａ）
のｂ部断面図、（ｃ）に電池反応の概略図を各々示す。
図１に示すように、例えば溶射型固体電解質燃料電池
（ＳＯＦＣ）１０は、ＣａＯで完全に安定化したＺｒＯ
2 （カルシア安定化ジルコニア：ＣＳＺ）からなる多孔
質円筒基体管１１に、燃料極１２としてＮｉとイットリ
ア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：Ｙ2 Ｏ3 含有ＺｒＯ2 ）
とのサーメットをプラズマ溶射で成膜し、この上に電解
質１３として酸素イオン伝導性のＹＳＺをプラズマ溶射
で成膜している。そして、この上に空気極１４としてＬ
ａＣｏＯ3 を溶射法等で成膜して燃料電池の一素子を構
成しており、これらをＮｉＡｌとアルミナのサーメット
で成膜したインタコネクタ（図示せず）で、燃料極（Ｎ
ｉＯ／ＹＳＺ材料）１２と空気極１４とを接続して素子
同士を直列に接続している。ここで、空気極１４側に空
気１５を燃料極１２側の基体管１１内部に燃料ガス（水
素等）１６を供給して発電をしている。
プ）の固体電解質型燃料電池の概略図、（ｂ）に（ａ）
のｂ部断面図、（ｃ）に電池反応の概略図を各々示す。
図１に示すように、例えば溶射型固体電解質燃料電池
（ＳＯＦＣ）１０は、ＣａＯで完全に安定化したＺｒＯ
2 （カルシア安定化ジルコニア：ＣＳＺ）からなる多孔
質円筒基体管１１に、燃料極１２としてＮｉとイットリ
ア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：Ｙ2 Ｏ3 含有ＺｒＯ2 ）
とのサーメットをプラズマ溶射で成膜し、この上に電解
質１３として酸素イオン伝導性のＹＳＺをプラズマ溶射
で成膜している。そして、この上に空気極１４としてＬ
ａＣｏＯ3 を溶射法等で成膜して燃料電池の一素子を構
成しており、これらをＮｉＡｌとアルミナのサーメット
で成膜したインタコネクタ（図示せず）で、燃料極（Ｎ
ｉＯ／ＹＳＺ材料）１２と空気極１４とを接続して素子
同士を直列に接続している。ここで、空気極１４側に空
気１５を燃料極１２側の基体管１１内部に燃料ガス（水
素等）１６を供給して発電をしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年発電用の燃料ガス
１６として、水素の代わりに、メタン，プロパン，ブタ
ン等の炭化水素を改質ガスとして使用されることも提案
されている。改質ガスとしてメタン（ＣＨ4 ）を燃料ガ
ス１６とした場合、従来の燃料電池においては、ＣＨ4
の改質反応( 下記「化１」式(1) 参照) が十分でない場
合に、燃料電池の電圧が低下するという問題がある。
１６として、水素の代わりに、メタン，プロパン，ブタ
ン等の炭化水素を改質ガスとして使用されることも提案
されている。改質ガスとしてメタン（ＣＨ4 ）を燃料ガ
ス１６とした場合、従来の燃料電池においては、ＣＨ4
の改質反応( 下記「化１」式(1) 参照) が十分でない場
合に、燃料電池の電圧が低下するという問題がある。
【０００５】
【化１】［改質反応］ ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ → ３Ｈ2 ＋ＣＯ …(I) ［発電反応］ Ｈ2 ＋Ｏ2- → Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- …(II) ＣＯ＋Ｏ2- → ＣＯ2 ＋２ｅ- …(III)
【０００６】ここで、改質反応が十分でない場合の燃料
電池の電圧の低下について、以下に説明する。燃料電池
の作動電圧（Ｅ（Ｖ）は、下記式(1) で示される。
電池の電圧の低下について、以下に説明する。燃料電池
の作動電圧（Ｅ（Ｖ）は、下記式(1) で示される。
【数１】 Ｅ＝Ｅ0 （初期電圧）−内部抵抗（Ω）×電流（Ａ） …(1) 上記燃料電池の作動電圧（Ｅ（Ｖ）) の向上にはＥ0 の
向上が必要となる。
向上が必要となる。
【数２】 Ｅ0 ＝ＲＴ／４Ｆ・ｌｎ（0.２１（atm)／Ｐo2） …(2) ここで、式(2) において、Ｒはガス定数、Ｔは温度、Ｆ
はファラデー定数、Ｐo2は燃料中の酸素分圧を示す。式
(2) より、Ｅ0 （初期電圧）は温度（Ｔ）と燃料中のＰ
o2で決定される。ここで、Ｅ0 ＝ＯＣＶ（Open Circuit
Voltage) と称する。ＣＨ4 の改質反応が上記化学反応
式（I)において、不十分のとき、燃料中の酸素分圧Ｐo2
が高くなるため、Ｅ0 は低下し、セル電圧も低下する。
はファラデー定数、Ｐo2は燃料中の酸素分圧を示す。式
(2) より、Ｅ0 （初期電圧）は温度（Ｔ）と燃料中のＰ
o2で決定される。ここで、Ｅ0 ＝ＯＣＶ（Open Circuit
Voltage) と称する。ＣＨ4 の改質反応が上記化学反応
式（I)において、不十分のとき、燃料中の酸素分圧Ｐo2
が高くなるため、Ｅ0 は低下し、セル電圧も低下する。
【０００７】この結果、従来の燃料極１２にＮｉＯ／Ｙ
ＳＺ材料を用いた場合には、化学反応(I) が不十分であ
るので、Ｅ0 （＝ＯＣＶ）が低下することとなる。
ＳＺ材料を用いた場合には、化学反応(I) が不十分であ
るので、Ｅ0 （＝ＯＣＶ）が低下することとなる。
【０００８】本発明は上記問題に鑑み、メタン等の炭化
水素を改質ガスとして用いた場合でも良好な発電が可能
な固体電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
水素を改質ガスとして用いた場合でも良好な発電が可能
な固体電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明者等は鋭意研究燃料極の材質を種々検討した結
果、ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物とから
なる材料がメタンの改質反応に触媒的な活性を向上させ
ることを知見し、本発明を完成した。かかる知見に基づ
く［請求項１］の発明は、多孔質の基体管上に燃料極，
電解質，空気極を形成してなる固体電解質型燃料電池に
おいて、上記燃料極をＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類
金属酸化物とからなる混合物で形成してなることを特徴
とする。
に本発明者等は鋭意研究燃料極の材質を種々検討した結
果、ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物とから
なる材料がメタンの改質反応に触媒的な活性を向上させ
ることを知見し、本発明を完成した。かかる知見に基づ
く［請求項１］の発明は、多孔質の基体管上に燃料極，
電解質，空気極を形成してなる固体電解質型燃料電池に
おいて、上記燃料極をＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類
金属酸化物とからなる混合物で形成してなることを特徴
とする。
【００１０】［請求項２］の発明は、請求項１におい
て、上記混合物のアルカリ土類金属酸化物がＭｇＯであ
ることを特徴とする。
て、上記混合物のアルカリ土類金属酸化物がＭｇＯであ
ることを特徴とする。
【００１１】［請求項３］の発明は、請求項１又は２に
おいて、上記ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化
物とからなる混合物の配合比率が、ＮｉＯが４０〜６０
重量％に対して、ＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物が
６０〜４０重量％であることを特徴とする。
おいて、上記ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化
物とからなる混合物の配合比率が、ＮｉＯが４０〜６０
重量％に対して、ＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物が
６０〜４０重量％であることを特徴とする。
【００１２】［請求項４］の発明は、請求項１乃至３に
おいて、上記燃料極に供給する燃料が炭化水素であるこ
とを特徴とする。
おいて、上記燃料極に供給する燃料が炭化水素であるこ
とを特徴とする。
【００１３】以下、本発明の内容を詳細に説明する。
【００１４】本発明の固体電解質型燃料電池は、図１に
示すように、多孔質の基体管１１上に燃料極１２，電解
質１３，空気極１４を形成してなる固体電解質型燃料電
池において、上記燃料極１２をＮｉＯとＺｒＯ2 −アル
カリ土類金属酸化物とからなる混合物で形成してなるも
のである。上記のＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属
酸化物とからなる材料を燃料極１２に用いた場合、該材
料の触媒活性が優れているので、燃料ガス１６として供
給したメタン（ＣＨ4 ）等の炭化水素の改質反応が効率
よく進行し、水素（Ｈ2 ）が速やかに発生し、燃料電池
の発電効率が向上する。なお、本発明にかかる燃料極は
１２、炭化水素等の改質ガスのみならず、通常の水素を
燃料ガス１６とした場合でも発電効率は良好であるの
で、何ら改質ガスのみに限定されるものではない。
示すように、多孔質の基体管１１上に燃料極１２，電解
質１３，空気極１４を形成してなる固体電解質型燃料電
池において、上記燃料極１２をＮｉＯとＺｒＯ2 −アル
カリ土類金属酸化物とからなる混合物で形成してなるも
のである。上記のＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属
酸化物とからなる材料を燃料極１２に用いた場合、該材
料の触媒活性が優れているので、燃料ガス１６として供
給したメタン（ＣＨ4 ）等の炭化水素の改質反応が効率
よく進行し、水素（Ｈ2 ）が速やかに発生し、燃料電池
の発電効率が向上する。なお、本発明にかかる燃料極は
１２、炭化水素等の改質ガスのみならず、通常の水素を
燃料ガス１６とした場合でも発電効率は良好であるの
で、何ら改質ガスのみに限定されるものではない。
【００１５】ここで、ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類
金属酸化物とからなる材料の配合比率は、特に限定され
るものではないが、好ましくはＮｉＯが４０〜６０重量
％に対してＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物が６０〜
４０重量％である。またＺｒＯ2 とアルカリ土類金属と
の配合比率は、特に限定されるものではないが、好まし
くはＺｒＯ2 が９５〜７０モル％に対してアルカリ土類
金属酸化物が５〜３０モル％であり、好適には、ＺｒＯ
2 が８５モル％に対してアルカリ土類金属酸化物が１５
モル％である。
金属酸化物とからなる材料の配合比率は、特に限定され
るものではないが、好ましくはＮｉＯが４０〜６０重量
％に対してＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物が６０〜
４０重量％である。またＺｒＯ2 とアルカリ土類金属と
の配合比率は、特に限定されるものではないが、好まし
くはＺｒＯ2 が９５〜７０モル％に対してアルカリ土類
金属酸化物が５〜３０モル％であり、好適には、ＺｒＯ
2 が８５モル％に対してアルカリ土類金属酸化物が１５
モル％である。
【００１６】上記アルカリ土類金属酸化物としては、例
えばＭｇＯ，ＢａＯ，ＣａＯ等を挙げることができ、改
質ガスを燃料ガスとした場合に、改質反応が速やかに進
行する触媒作用を有するものであればいずれでもよい
が、ＭｇＯが特に好ましい。
えばＭｇＯ，ＢａＯ，ＣａＯ等を挙げることができ、改
質ガスを燃料ガスとした場合に、改質反応が速やかに進
行する触媒作用を有するものであればいずれでもよい
が、ＭｇＯが特に好ましい。
【００１７】改質ガスとしては、メタン，プロパン，ブ
タン等の炭化水素を挙げることができる。これらの内で
は、メタンを改質ガスとして用いているのが好ましい
が、家庭でもプロパンガスを燃焼用ガスとして用いてい
るので、将来燃料電池の発電用のガスとしてプロパンを
用いる場合であってもよい。
タン等の炭化水素を挙げることができる。これらの内で
は、メタンを改質ガスとして用いているのが好ましい
が、家庭でもプロパンガスを燃焼用ガスとして用いてい
るので、将来燃料電池の発電用のガスとしてプロパンを
用いる場合であってもよい。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。
明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。
【００１９】［実施例１］基体管１１の材料として、０
〜２０vol ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を添加したカ
ルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）を用い、溶媒の水に
分散剤，バインダー，消泡剤，及び充填率制御のための
有機物セルロースとともに加え、加圧ニーダで混練後、
押出し成形機によって外形２１mm，内径１７mm，長さ１
９mmの円筒を成形した。続いて、この成形体を１１００
〜１２００℃で焼成し、基体管を得る。
〜２０vol ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を添加したカ
ルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）を用い、溶媒の水に
分散剤，バインダー，消泡剤，及び充填率制御のための
有機物セルロースとともに加え、加圧ニーダで混練後、
押出し成形機によって外形２１mm，内径１７mm，長さ１
９mmの円筒を成形した。続いて、この成形体を１１００
〜１２００℃で焼成し、基体管を得る。
【００２０】次に燃料極１２の材料として、酸化ニッケ
ル（ＮiＯ)とＺｒＯ2 −ＭｇＯ（ＺｒＯ2 ：ＭｇＯ＝８
５モル％：１５モル％）となるように原料粉を調整し、
基体管１１上の所定の位置に溶射法によって５０〜２０
０μｍの厚さに成膜する。なお、本実施例では溶射法に
よって燃料極１２を成膜したが、その他にスラリー塗布
法，スクリーン印刷法などでもよい。
ル（ＮiＯ)とＺｒＯ2 −ＭｇＯ（ＺｒＯ2 ：ＭｇＯ＝８
５モル％：１５モル％）となるように原料粉を調整し、
基体管１１上の所定の位置に溶射法によって５０〜２０
０μｍの厚さに成膜する。なお、本実施例では溶射法に
よって燃料極１２を成膜したが、その他にスラリー塗布
法，スクリーン印刷法などでもよい。
【００２１】同様に電解質１３の材料として、イットリ
ア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用い、燃料極１２を成
膜した後マスキングを施した基体管１１上の所定の位置
に溶射法により成膜する。
ア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用い、燃料極１２を成
膜した後マスキングを施した基体管１１上の所定の位置
に溶射法により成膜する。
【００２２】続いて空気極１４の材料として、例えばＬ
ａＣａＯ3 で表されるプロブスカイト型酸化物を用い、
前記で得られた燃料極１２及び電解質１３を有する基体
管１１上の所定の位置に、溶射法によって成膜する。
ａＣａＯ3 で表されるプロブスカイト型酸化物を用い、
前記で得られた燃料極１２及び電解質１３を有する基体
管１１上の所定の位置に、溶射法によって成膜する。
【００２３】以上の製造工程によって、基体管１１上に
燃料極１２，電解質１３及び空気極１４からなる溶射型
円筒型単セル（φ２１mm×Ｌ１９mm×１セル）を作製し
た。
燃料極１２，電解質１３及び空気極１４からなる溶射型
円筒型単セル（φ２１mm×Ｌ１９mm×１セル）を作製し
た。
【００２４】［比較例］上記実施例において、従来のＮ
ｉとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：Ｙ 2 Ｏ3 含
有ＺｒＯ2 ）とのサーメットをプラズマ溶射で成膜し、
燃料極（ＮｉＯ／ＹＳＺ材料）１２とした以外は同様に
して単セルを作製した。
ｉとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：Ｙ 2 Ｏ3 含
有ＺｒＯ2 ）とのサーメットをプラズマ溶射で成膜し、
燃料極（ＮｉＯ／ＹＳＺ材料）１２とした以外は同様に
して単セルを作製した。
【００２５】図２に上記作製した単セルの内部改質試験
装置の概略を示す。図２に示すように、内部改質試験装
置は、電気炉２１の内部には上記得られた単セルを評価
セル２２として設置し、該評価セル２２の基体管内部に
燃料ガス供給系（Ｎ2 ，Ｈ2 ，ＣＯ，ＣＨ4 ，ＣＯ2 及
び水蒸気）２３から燃料ガス２４を供給している。評価
セル２２へのガスの供給は、セルの円筒管の内部の上方
まで燃料ガス２４を導入して内壁に沿って流下させてい
る。また、電気炉２１の上部からは空気２５を供給して
いる。なお、符号２６は流量計、２７はポンプ及び２８
は加湿器を各々図示する。排出経路２９，３０の間には
差圧計３１が設けられており、該差圧計３１により、燃
料系側と空気系側との圧力の差を一定に保つようにして
いる。なお、排ガスは各々ドレインポット３２，シール
ポット３３を経由して排出されている。
装置の概略を示す。図２に示すように、内部改質試験装
置は、電気炉２１の内部には上記得られた単セルを評価
セル２２として設置し、該評価セル２２の基体管内部に
燃料ガス供給系（Ｎ2 ，Ｈ2 ，ＣＯ，ＣＨ4 ，ＣＯ2 及
び水蒸気）２３から燃料ガス２４を供給している。評価
セル２２へのガスの供給は、セルの円筒管の内部の上方
まで燃料ガス２４を導入して内壁に沿って流下させてい
る。また、電気炉２１の上部からは空気２５を供給して
いる。なお、符号２６は流量計、２７はポンプ及び２８
は加湿器を各々図示する。排出経路２９，３０の間には
差圧計３１が設けられており、該差圧計３１により、燃
料系側と空気系側との圧力の差を一定に保つようにして
いる。なお、排ガスは各々ドレインポット３２，シール
ポット３３を経由して排出されている。
【００２６】上記装置を用い、空気側には空気２５を流
通し、燃料側には初期発電時に水素を供給し、引き続き
メタンの改質模擬ガスを燃料ガス２４として、流通し
た。供給した模擬ガス組成は評価セル２２の内部でのメ
タンの改質率が５０％，７５％となるような平衡ガス組
成で、それぞれＳ（スチーム）／Ｃ（カーボン）比率が
2.０とした。電気炉２１で温度を９００℃とし、水素発
電を約１００時間実施した後、引き続きメタンの内部改
質ガス組成における発電特性を評価した。
通し、燃料側には初期発電時に水素を供給し、引き続き
メタンの改質模擬ガスを燃料ガス２４として、流通し
た。供給した模擬ガス組成は評価セル２２の内部でのメ
タンの改質率が５０％，７５％となるような平衡ガス組
成で、それぞれＳ（スチーム）／Ｃ（カーボン）比率が
2.０とした。電気炉２１で温度を９００℃とし、水素発
電を約１００時間実施した後、引き続きメタンの内部改
質ガス組成における発電特性を評価した。
【００２７】図３は電流密度とセル電圧との関係を示す
ＩＶ（電流・電圧）特性のグラフであり、水素発電の場
合（○）、内部改質率５０％の場合（●）、内部改質率
７５％の場合（□）のそれぞれの結果を示す。この結果
より、水素発電の場合に比べ作動電圧は少し落ちるが、
これは水蒸気を添加したことにより平衡起電力が低下し
ているためである。しかしながら、セル内部での改質率
の変化による変動は全く無く、内部改質率に依存しない
ことが判明した。また、電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2 で
約0.７Ｖの作動電圧を得ることができた。
ＩＶ（電流・電圧）特性のグラフであり、水素発電の場
合（○）、内部改質率５０％の場合（●）、内部改質率
７５％の場合（□）のそれぞれの結果を示す。この結果
より、水素発電の場合に比べ作動電圧は少し落ちるが、
これは水蒸気を添加したことにより平衡起電力が低下し
ているためである。しかしながら、セル内部での改質率
の変化による変動は全く無く、内部改質率に依存しない
ことが判明した。また、電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2 で
約0.７Ｖの作動電圧を得ることができた。
【００２８】図４は電流密度とセル電圧との関係を示す
ＩＶ（電流・電圧）特性のグラフであり、Ｎｉ／ＺｒＯ
2 −ＭｇＯ系燃料極で内部改質率５０％の場合（○）、
Ｎｉ／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極で内部改質率７５％の
場合（●）、比較例としてＮｉ／ＹＳＺ系燃料極で内部
改質率５０％の場合（□）、Ｎｉ／ＹＳＺ系系燃料極で
内部改質率７５％の場合（■）のそれぞれの結果を示
す。この結果より、比較例の場合には、セル内部での改
質率の変化による変動（５０％→７５％）により変化が
あり、作動電圧の低下がみられたが、本実施例では変動
は全くみられなかった。
ＩＶ（電流・電圧）特性のグラフであり、Ｎｉ／ＺｒＯ
2 −ＭｇＯ系燃料極で内部改質率５０％の場合（○）、
Ｎｉ／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極で内部改質率７５％の
場合（●）、比較例としてＮｉ／ＹＳＺ系燃料極で内部
改質率５０％の場合（□）、Ｎｉ／ＹＳＺ系系燃料極で
内部改質率７５％の場合（■）のそれぞれの結果を示
す。この結果より、比較例の場合には、セル内部での改
質率の変化による変動（５０％→７５％）により変化が
あり、作動電圧の低下がみられたが、本実施例では変動
は全くみられなかった。
【００２９】図５は内部改質率とＯＣＶ（Open Circuit
Voltage) （＝Ｅ0 ）との関係を示すグラフであり、Ｎ
ｉ／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極（○）で内部改質率５０
％の場合とＮｉ／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極で内部改質
率７５％の場合とでは約0.９７６前後で変化は微小であ
る。これに対して、比較例のＮｉ／ＹＳＺ系燃料極
（□）では、内部改質率を２５％から内部改質率を１０
０％に変化させた場合、ＯＣＶが大幅に低下することが
確認された。この結果より、比較例の場合には、セル内
部での改質率の変化による変動（２５％→１００％）に
よりＯＣＶの低下する傾向があったが、本実施例では変
動は全くみられなかった。
Voltage) （＝Ｅ0 ）との関係を示すグラフであり、Ｎ
ｉ／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極（○）で内部改質率５０
％の場合とＮｉ／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極で内部改質
率７５％の場合とでは約0.９７６前後で変化は微小であ
る。これに対して、比較例のＮｉ／ＹＳＺ系燃料極
（□）では、内部改質率を２５％から内部改質率を１０
０％に変化させた場合、ＯＣＶが大幅に低下することが
確認された。この結果より、比較例の場合には、セル内
部での改質率の変化による変動（２５％→１００％）に
よりＯＣＶの低下する傾向があったが、本実施例では変
動は全くみられなかった。
【００３０】すなわち、内部改質発電では、供給したＣ
Ｈ4 はセル燃料極において水蒸気と共に水素（Ｈ2 ）及
び一酸化炭素（ＣＯ）に改質し、これらが発電反応に使
用される。内部改質率を増加したガス組成は、メタン分
圧が増加し、逆に水素分圧が低下した組成である。Ｎｉ
／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極では、供給したメタンの改
質反応が速やかに進行した結果、ＯＣＶの内部改質率依
存性がないことが実証された。
Ｈ4 はセル燃料極において水蒸気と共に水素（Ｈ2 ）及
び一酸化炭素（ＣＯ）に改質し、これらが発電反応に使
用される。内部改質率を増加したガス組成は、メタン分
圧が増加し、逆に水素分圧が低下した組成である。Ｎｉ
／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極では、供給したメタンの改
質反応が速やかに進行した結果、ＯＣＶの内部改質率依
存性がないことが実証された。
【００３１】本発明の燃料極を用いて改質ガスによる発
電を行う場合には、Ｅ0 が向上するので、単セル当たり
微小であってもセルを直列に接続して行うので、燃料電
池全体としての発電効率は大幅な向上となる。
電を行う場合には、Ｅ0 が向上するので、単セル当たり
微小であってもセルを直列に接続して行うので、燃料電
池全体としての発電効率は大幅な向上となる。
【００３２】
【発明の効果】上記した如く、［請求項１］の発明で
は、多孔質の基体管上に燃料極，電解質，空気極を形成
してなる固体電解質型燃料電池において、上記燃料極を
ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物とからなる
混合物で形成したので、ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土
類金属酸化物とからなる材料がメタンの改質反応に触媒
的な活性を向上させ、発電電圧を向上させることができ
る。
は、多孔質の基体管上に燃料極，電解質，空気極を形成
してなる固体電解質型燃料電池において、上記燃料極を
ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物とからなる
混合物で形成したので、ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土
類金属酸化物とからなる材料がメタンの改質反応に触媒
的な活性を向上させ、発電電圧を向上させることができ
る。
【００３３】［請求項２］の発明では、請求項１におい
て、上記混合物のアルカリ土類金属酸化物がＭｇＯであ
るので、セル内部での改質率の変化による変動はなく、
内部改質率に依存しない燃料電池とすることができる。
て、上記混合物のアルカリ土類金属酸化物がＭｇＯであ
るので、セル内部での改質率の変化による変動はなく、
内部改質率に依存しない燃料電池とすることができる。
【００３４】［請求項３］の発明では、請求項１又は２
において、上記ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸
化物とからなる混合物の配合比率が、ＮｉＯが４０〜６
０重量％に対して、ＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物
が６０〜４０重量％であるので、内部改質率５０％の場
合とＮｉ／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極で内部改質率７５
％の場合とではＯＣＶが約0.９７６前後で変化は殆どな
いものとなる。
において、上記ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸
化物とからなる混合物の配合比率が、ＮｉＯが４０〜６
０重量％に対して、ＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物
が６０〜４０重量％であるので、内部改質率５０％の場
合とＮｉ／ＺｒＯ2 −ＭｇＯ系燃料極で内部改質率７５
％の場合とではＯＣＶが約0.９７６前後で変化は殆どな
いものとなる。
【００３５】［請求項４］の発明では、請求項１乃至３
において、上記燃料極に供給する燃料が炭化水素である
ので、水素発電に比べて作動電圧は少し落ちるものの、
セル内部での改質率の変化による変動はなく、内部改質
率に依存せず、メタンの改質率が７５％でも電流密度２
００ｍＡ／ｃｍ2 で約0.７Ｖの作動電圧を得ることがで
きた。
において、上記燃料極に供給する燃料が炭化水素である
ので、水素発電に比べて作動電圧は少し落ちるものの、
セル内部での改質率の変化による変動はなく、内部改質
率に依存せず、メタンの改質率が７５％でも電流密度２
００ｍＡ／ｃｍ2 で約0.７Ｖの作動電圧を得ることがで
きた。
【図１】円筒横縞型（円筒多素子タイプ）の固体電解質
型燃料電池の概略図である。
型燃料電池の概略図である。
【図２】単セルの内部改質試験装置の概略である。
【図３】電流密度とセル電圧との関係を示すＩＶ（電流
・電圧）特性のグラフである。
・電圧）特性のグラフである。
【図４】電流密度とセル電圧との関係を示すＩＶ（電流
・電圧）特性のグラフである。
・電圧）特性のグラフである。
【図５】内部改質率とＯＣＶとの関係を示すグラフであ
る。
る。
１１ 基体管 １２ 燃料極 １３ 電解質 １４ 空気極 １５ 空気 １６ 燃料ガス ２１ 電気炉 ２２ 評価セル ２３ 燃料ガス供給系 ２４ 燃料ガス ２５ 空気 ２６ 流量計 ２７ ポンプ ２８ 加湿器 ２９，３０ 排出経路 ３１ 差圧計 ３２ ドレインポット ３３ シールポット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS02 AS03 BB12 EE12 HH05 5H026 AA06 BB08 CC06 CV02 EE12 HH05
Claims (4)
- 【請求項１】 多孔質の基体管上に燃料極，電解質，空
気極を形成してなる固体電解質型燃料電池において、 上記燃料極をＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化
物とからなる混合物で形成してなることを特徴とする固
体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 請求項１において、 上記混合物のアルカリ土類金属酸化物がＭｇＯであるこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、 上記ＮｉＯとＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物とから
なる混合物の配合比率が、ＮｉＯが４０〜６０重量％に
対して、ＺｒＯ2 −アルカリ土類金属酸化物が６０〜４
０重量％であることを特徴とする固体電解質型燃料電
池。 - 【請求項４】 請求項１乃至３において、 上記燃料極に供給する燃料が炭化水素であることを特徴
とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10164715A JP2000003711A (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10164715A JP2000003711A (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000003711A true JP2000003711A (ja) | 2000-01-07 |
Family
ID=15798520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10164715A Pending JP2000003711A (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000003711A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009252376A (ja) * | 2008-04-01 | 2009-10-29 | Noritake Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池の製造方法および該製造に用いる焼成治具 |
| CN109065901A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-12-21 | 扬州大学 | 过渡金属磷化物-贵金属磷化物复合燃料电池催化剂及其制备方法和应用 |
| WO2023074702A1 (ja) * | 2021-10-28 | 2023-05-04 | 京セラ株式会社 | 電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置 |
-
1998
- 1998-06-12 JP JP10164715A patent/JP2000003711A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009252376A (ja) * | 2008-04-01 | 2009-10-29 | Noritake Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池の製造方法および該製造に用いる焼成治具 |
| CN109065901A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-12-21 | 扬州大学 | 过渡金属磷化物-贵金属磷化物复合燃料电池催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109065901B (zh) * | 2018-07-12 | 2021-09-03 | 扬州大学 | 过渡金属磷化物-贵金属磷化物复合燃料电池催化剂及其制备方法和应用 |
| WO2023074702A1 (ja) * | 2021-10-28 | 2023-05-04 | 京セラ株式会社 | 電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030408 |