JP2001102061A - 固体電解質型燃料電池用燃料極の作製法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池用燃料極の作製法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の燃料極作製法に比べ微細な構造の電極
を作製し、高い性能の燃料極を作製する方法を提供す
る。 【解決手段】 燃料極の酸素イオン伝導体の組成に対応
したアルコキシドの混合液であるゾルゲル液と水または
アルコールなどの極性溶媒にＮｉ塩を溶かした溶液との
混合液を原液とし、これを固体電解質に塗布し、その後
熱処理することで再結晶化させる。 【効果】 従来の湿式法に比べ微細な構造を形成するこ
とができる。また、従来の湿式法と同じ装置を使用する
ので、製造コストについては従来法と同等である。これ
により電極活性が高く、従来材料湿式の作製法に比べ優
れた特性を有する燃料極を安価に得ることに成功した。
本発明は固体燃料電池の高効率動作化に大きな貢献をな
すものである。
を作製し、高い性能の燃料極を作製する方法を提供す
る。 【解決手段】 燃料極の酸素イオン伝導体の組成に対応
したアルコキシドの混合液であるゾルゲル液と水または
アルコールなどの極性溶媒にＮｉ塩を溶かした溶液との
混合液を原液とし、これを固体電解質に塗布し、その後
熱処理することで再結晶化させる。 【効果】 従来の湿式法に比べ微細な構造を形成するこ
とができる。また、従来の湿式法と同じ装置を使用する
ので、製造コストについては従来法と同等である。これ
により電極活性が高く、従来材料湿式の作製法に比べ優
れた特性を有する燃料極を安価に得ることに成功した。
本発明は固体燃料電池の高効率動作化に大きな貢献をな
すものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池用
燃料極の作製法、さらに詳細にはゾルゲル法を用いた固
体電解質型燃料電池用燃料極の作製法に関するものであ
る。
燃料極の作製法、さらに詳細にはゾルゲル法を用いた固
体電解質型燃料電池用燃料極の作製法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術および問題点】近年、酸素イオン伝導体を
用いた固体電解質燃料電池に関心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特長を持っている。固体電解質燃料電
池は、約８００℃から１０００℃の高温で動作させる必
要があるため、セルはセラミック材によって構成されて
いる。セルは酸素イオン伝導体である固体電解質を狭ん
で電子伝導体である空気極と燃料極が配置されている。
これらの電極は、ガスが拡散しやすくする為に多孔質体
を用いる。このセルを積み重ねる為にセル間に電子伝導
体であるインターコネクタ材を使用する。
用いた固体電解質燃料電池に関心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特長を持っている。固体電解質燃料電
池は、約８００℃から１０００℃の高温で動作させる必
要があるため、セルはセラミック材によって構成されて
いる。セルは酸素イオン伝導体である固体電解質を狭ん
で電子伝導体である空気極と燃料極が配置されている。
これらの電極は、ガスが拡散しやすくする為に多孔質体
を用いる。このセルを積み重ねる為にセル間に電子伝導
体であるインターコネクタ材を使用する。
【０００３】これら要素材について、従来検討されてき
た材料を表１に示した。固体電解質としては従来ＹＳＺ
（イットリウム安定化ジルコニア）、空気極にはＬａ
0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3（ＬＳＭ）、燃料極にはＮｉ−ＹＳ
Ｚ、そしてインターコネクタ材料にはＬａ0.9Ｓｒ0.1Ｃ
ｒＯ3が最も有望視されている。
た材料を表１に示した。固体電解質としては従来ＹＳＺ
（イットリウム安定化ジルコニア）、空気極にはＬａ
0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3（ＬＳＭ）、燃料極にはＮｉ−ＹＳ
Ｚ、そしてインターコネクタ材料にはＬａ0.9Ｓｒ0.1Ｃ
ｒＯ3が最も有望視されている。
【０００４】ここで、燃料極は、Ｎｉとジルコニアやセ
リアなどの酸素イオン伝導体との混合体を用いている。
Ｎｉの存在により電子伝導性が付与される。Ｎｉと酸素
イオン伝導体との混合体とすることで電解質と密着し、
電解質との界面付近に電気化学反応に必要な反応ガス、
電子、イオンが共存する三相界面を提供している。電子
伝導度の点からは、Ｎｉの体積比が多い方が好ましいが
Ｎｉのみを用いると粒成長を起こし三相界面の減少を招
く。三相界面長を増やし電極性能を向上させる点から
は、酸素イオン伝導体及びＮｉの平均粒径を小さくする
ことが好ましい。そしてＮｉと酸素イオン伝導体との混
合体とすることで微細な構造を形成することができ、ま
た高温でも粒成長が抑えられる。
リアなどの酸素イオン伝導体との混合体を用いている。
Ｎｉの存在により電子伝導性が付与される。Ｎｉと酸素
イオン伝導体との混合体とすることで電解質と密着し、
電解質との界面付近に電気化学反応に必要な反応ガス、
電子、イオンが共存する三相界面を提供している。電子
伝導度の点からは、Ｎｉの体積比が多い方が好ましいが
Ｎｉのみを用いると粒成長を起こし三相界面の減少を招
く。三相界面長を増やし電極性能を向上させる点から
は、酸素イオン伝導体及びＮｉの平均粒径を小さくする
ことが好ましい。そしてＮｉと酸素イオン伝導体との混
合体とすることで微細な構造を形成することができ、ま
た高温でも粒成長が抑えられる。
【０００５】ところで、このような微細構造を形成する
のに、従来は、ＮｉＯとジルコニアなど酸素イオン伝導
体の混合体をぺースト状に調製し、これを電解質シート
などに塗布し、セルを組み上げたあと燃料ガス中でＮｉ
Ｏが還元されて、Ｎｉと酸素イオン伝導体との混合体を
得る湿式法が検討されてきた。この方法は原料のスラリ
を有効に利用でき、また使用する装置も安価であること
から、最も製造コストの低減が容易である。しかし、微
細構造は原料となる粉末の平均粒径で決まってしまうた
め、原料粉末よりも細かな微細構造を形成することは不
可能である。０．１ミクロン以下の原料粉末を歩留まり
良く得ることは難しい。このため従来の方法では、０．
１ミクロン以下の微細構造を作製することは難しい。
のに、従来は、ＮｉＯとジルコニアなど酸素イオン伝導
体の混合体をぺースト状に調製し、これを電解質シート
などに塗布し、セルを組み上げたあと燃料ガス中でＮｉ
Ｏが還元されて、Ｎｉと酸素イオン伝導体との混合体を
得る湿式法が検討されてきた。この方法は原料のスラリ
を有効に利用でき、また使用する装置も安価であること
から、最も製造コストの低減が容易である。しかし、微
細構造は原料となる粉末の平均粒径で決まってしまうた
め、原料粉末よりも細かな微細構造を形成することは不
可能である。０．１ミクロン以下の原料粉末を歩留まり
良く得ることは難しい。このため従来の方法では、０．
１ミクロン以下の微細構造を作製することは難しい。
【０００６】
【本発明の目的】本発明はゾルゲル法を用いた固体電解
質型燃料電池用燃料極の作製法に関するもので、従来の
燃料極作製法に比べ微細な構造の電極を作製し、高い性
能の燃料極を作製する方法を提供することを目的とす
る。
質型燃料電池用燃料極の作製法に関するもので、従来の
燃料極作製法に比べ微細な構造の電極を作製し、高い性
能の燃料極を作製する方法を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】本発明による固体電解
質型燃料電池用燃料極の作製法は、固体電解質とそれに
隣接して設けられた多孔質な空気極および燃料極からな
るセル、そして、それら電極を電気的に接続するインタ
ーコネクタを有し、燃料ガスと空気または酸素ガスとの
化学反応を電気エネルギーに変換する固体燃料電池にお
けるＮｉＯと酸素イオン伝導体との混合体からなる燃料
極の作製法において、燃料極の酸素イオン伝導体の組成
に対応したアルコキシドの混合液であるゾルゲル液と水
またはアルコールなどの極性溶媒にＮｉ塩を溶かした溶
液との混合液を原液とし、これを固体電解質に塗布し、
その後熱処理することで再結晶化させることを特徴とす
る。
質型燃料電池用燃料極の作製法は、固体電解質とそれに
隣接して設けられた多孔質な空気極および燃料極からな
るセル、そして、それら電極を電気的に接続するインタ
ーコネクタを有し、燃料ガスと空気または酸素ガスとの
化学反応を電気エネルギーに変換する固体燃料電池にお
けるＮｉＯと酸素イオン伝導体との混合体からなる燃料
極の作製法において、燃料極の酸素イオン伝導体の組成
に対応したアルコキシドの混合液であるゾルゲル液と水
またはアルコールなどの極性溶媒にＮｉ塩を溶かした溶
液との混合液を原液とし、これを固体電解質に塗布し、
その後熱処理することで再結晶化させることを特徴とす
る。
【０００８】本発明によれば、従来の湿式法に比べ微細
な構造を形成することができる。これにより、電極と電
解質の三相界面長を増やし電極活性を高めることがで
き、電極活性が充分高い燃料極を形成できる。
な構造を形成することができる。これにより、電極と電
解質の三相界面長を増やし電極活性を高めることがで
き、電極活性が充分高い燃料極を形成できる。
【０００９】以下に本発明を説明する。
【００１０】ゾルゲル法により微細な酸素イオン伝導体
の層を形成できることが知られている。燃料極は酸素イ
オン伝導体とＮｉとの混合体であるが、前記燃料極の酸
素イオン伝導体の組成に対応したアルコキシドの混合液
にＮｉ塩を極性溶媒に溶かした溶液を混合した原液を作
製し、この原液を塗布し、熱処理することで、溶媒が蒸
発し、またアルコキシドが分解燃焼することで、所望の
ＮｉＯと酸素イオン伝導体との混合体である燃料極が作
製できる。この原液は、分子レベルで完全に混合されて
いる。最終に、ＮｉＯがＮｉに還元されて、Ｎｉと酸素
イオン伝導体との混合体が得られる。この様にして作製
された燃料極は０．００１ミクロンから０．２ミクロン
と極めて微細な構造を持っているため、非常に大きな三
相界面長が得られ、高い電極活性が実現される。上記極
性溶媒としては、たとえば水、アルコールなどを使用す
ることができる。
の層を形成できることが知られている。燃料極は酸素イ
オン伝導体とＮｉとの混合体であるが、前記燃料極の酸
素イオン伝導体の組成に対応したアルコキシドの混合液
にＮｉ塩を極性溶媒に溶かした溶液を混合した原液を作
製し、この原液を塗布し、熱処理することで、溶媒が蒸
発し、またアルコキシドが分解燃焼することで、所望の
ＮｉＯと酸素イオン伝導体との混合体である燃料極が作
製できる。この原液は、分子レベルで完全に混合されて
いる。最終に、ＮｉＯがＮｉに還元されて、Ｎｉと酸素
イオン伝導体との混合体が得られる。この様にして作製
された燃料極は０．００１ミクロンから０．２ミクロン
と極めて微細な構造を持っているため、非常に大きな三
相界面長が得られ、高い電極活性が実現される。上記極
性溶媒としては、たとえば水、アルコールなどを使用す
ることができる。
【００１１】また、本発明による燃料極の酸素イオン伝
導体の組成に対応したアルコキシド溶液とＮｉ塩を極性
溶媒に溶かした溶液を混合した原液に、酸素イオン伝導
体（たとえばＳＡＳＺ）の粉末を添加しておくこともで
きる。この場合、微細なＮｉＯと酸素イオン伝導体との
混合体内に比較的粗大な粒が分散された構造が得られ
る。この粗大な粒は電極の性能自体には殆ど影響しない
が、燃料ガスの透過性が向上するので特に厚い電極を作
製するときに効果がある。また電子伝導度をあまり低下
させず、熱膨張係数を低減する効果がある。添加する酸
素イオン伝導体の平均粒径は０．１ミクロン以上である
のが好ましい。０．１ミクロン未満であると、燃料ガス
の透過性が改良されない恐れがあるとともに、熱膨張係
数の低減効果が小さくなる恐れがある。
導体の組成に対応したアルコキシド溶液とＮｉ塩を極性
溶媒に溶かした溶液を混合した原液に、酸素イオン伝導
体（たとえばＳＡＳＺ）の粉末を添加しておくこともで
きる。この場合、微細なＮｉＯと酸素イオン伝導体との
混合体内に比較的粗大な粒が分散された構造が得られ
る。この粗大な粒は電極の性能自体には殆ど影響しない
が、燃料ガスの透過性が向上するので特に厚い電極を作
製するときに効果がある。また電子伝導度をあまり低下
させず、熱膨張係数を低減する効果がある。添加する酸
素イオン伝導体の平均粒径は０．１ミクロン以上である
のが好ましい。０．１ミクロン未満であると、燃料ガス
の透過性が改良されない恐れがあるとともに、熱膨張係
数の低減効果が小さくなる恐れがある。
【００１２】また、酸素イオン伝導体を分散させたスラ
リを固体電解質に塗布して、高温で焼成し、多孔質の固
定電解質を形成し、その後、アルコキシド溶液とＮｉ塩
の溶液を混合した原液を塗布して、その後熱処理するこ
とで再結晶化させることにより製造することも可能であ
る。この場合も、同様に微細なＮｉＯと酸素イオン伝導
体との混合体内に比較的粗大な粒が分散された構造が得
られる。この場合、平均粒径０．５ミクロン以上の酸素
イオン伝導体粉末を使用するのがよい。０．５ミクロン
未満であると、微細なＮｉＯと酸素イオン伝導体との混
合体内に比較的粗大な粒が分散されたことにならず、燃
料ガスの透過性が改良されない恐れがあり、また熱膨張
を低減できない恐れがある。
リを固体電解質に塗布して、高温で焼成し、多孔質の固
定電解質を形成し、その後、アルコキシド溶液とＮｉ塩
の溶液を混合した原液を塗布して、その後熱処理するこ
とで再結晶化させることにより製造することも可能であ
る。この場合も、同様に微細なＮｉＯと酸素イオン伝導
体との混合体内に比較的粗大な粒が分散された構造が得
られる。この場合、平均粒径０．５ミクロン以上の酸素
イオン伝導体粉末を使用するのがよい。０．５ミクロン
未満であると、微細なＮｉＯと酸素イオン伝導体との混
合体内に比較的粗大な粒が分散されたことにならず、燃
料ガスの透過性が改良されない恐れがあり、また熱膨張
を低減できない恐れがある。
【００１３】同様に酸素イオン伝導体粉末とＮｉＯ粉末
を分散させたスラリを固体電解質に塗布して、高温で焼
成し、多孔質の固定電解質を形成し、その後、アルコキ
シド溶液とＮｉ塩の溶液を混合した原液を塗布して、そ
の後熱処理することで再結晶化させることにより製造す
ることも可能である。この場合も、同様に微細なＮｉＯ
と酸素イオン伝導体との混合体内に比較的粗大な粒が分
散された構造が得られる。この場合、平均粒径１ミクロ
ン以上の酸素イオン伝導体粉末と０．５ミクロン以上の
ＮｉＯ粉末を使用するのがよい。酸素イオン伝導体粉末
の平均粒径が１ミクロン未満、および ＮｉＯ粉末の平
均粒径が０．５ミクロン未満であると、同様に燃料ガス
の透過性が改善されない恐れがあるとともに、熱膨張の
低減が小さい恐れがある。
を分散させたスラリを固体電解質に塗布して、高温で焼
成し、多孔質の固定電解質を形成し、その後、アルコキ
シド溶液とＮｉ塩の溶液を混合した原液を塗布して、そ
の後熱処理することで再結晶化させることにより製造す
ることも可能である。この場合も、同様に微細なＮｉＯ
と酸素イオン伝導体との混合体内に比較的粗大な粒が分
散された構造が得られる。この場合、平均粒径１ミクロ
ン以上の酸素イオン伝導体粉末と０．５ミクロン以上の
ＮｉＯ粉末を使用するのがよい。酸素イオン伝導体粉末
の平均粒径が１ミクロン未満、および ＮｉＯ粉末の平
均粒径が０．５ミクロン未満であると、同様に燃料ガス
の透過性が改善されない恐れがあるとともに、熱膨張の
低減が小さい恐れがある。
【００１４】上記の酸素イオン伝導体あるいは酸素イオ
ン伝導体粉末とＮｉＯ粉末を分散させたスラリを固体電
解質に塗布して、高温で焼成し、多孔質の固定電解質を
形成する場合の焼成温度は、好ましくは１２００℃以上
である。１２００℃未満であると、良好な寸法の孔が得
られにくく、燃料ガスの透過性が改善されない恐れがあ
り、また固体電解質へのまたは電極層への密着性が低下
する恐れがある。
ン伝導体粉末とＮｉＯ粉末を分散させたスラリを固体電
解質に塗布して、高温で焼成し、多孔質の固定電解質を
形成する場合の焼成温度は、好ましくは１２００℃以上
である。１２００℃未満であると、良好な寸法の孔が得
られにくく、燃料ガスの透過性が改善されない恐れがあ
り、また固体電解質へのまたは電極層への密着性が低下
する恐れがある。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。なお、当
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
【００１６】
【実施例１】本発明の効果を示すために、図１に示す構
造の単セルで試験を行なった。また図２は単セルの平面
図である。本発明において、１は燃料極、２は固体電解
質、３は空気極である。固体電解質としてＳＡＳＺ
（（ＺｒＯ2）0.89（Ｓｃ2Ｏ3）0 .105（Ａｌ2Ｏ3）
0.005）なる組成の酸化物を、空気極にＬａ0.8Ｓｒ0.2
ＭｎＯ3を用いた。
造の単セルで試験を行なった。また図２は単セルの平面
図である。本発明において、１は燃料極、２は固体電解
質、３は空気極である。固体電解質としてＳＡＳＺ
（（ＺｒＯ2）0.89（Ｓｃ2Ｏ3）0 .105（Ａｌ2Ｏ3）
0.005）なる組成の酸化物を、空気極にＬａ0.8Ｓｒ0.2
ＭｎＯ3を用いた。
【００１７】そして燃料極はＮｉＯ−ＳＡＳＺ（Ｎｉ
Ｏ：ＳＡＳＺ＝７０：３０ｗｔ％）を用い以下の方法で
作製した。すなわち、金属元素Ｚｒ，Ｓｃ，Ａｌにおい
て、上記固体電解質と同じ組成比が得られる様にＺｒ，
Ａｌ金属を含むアルコキシド溶液とＳｃ硝酸水溶液を混
合したゾルゲル液を用意し、これにＮｉ（ＮＯ3）2の飽
和水溶液を混合し原液とした。ここでＮｉＯがＳＡＳＺ
に対して重量比で７０：３０となる様に混合を行った。
Ｏ：ＳＡＳＺ＝７０：３０ｗｔ％）を用い以下の方法で
作製した。すなわち、金属元素Ｚｒ，Ｓｃ，Ａｌにおい
て、上記固体電解質と同じ組成比が得られる様にＺｒ，
Ａｌ金属を含むアルコキシド溶液とＳｃ硝酸水溶液を混
合したゾルゲル液を用意し、これにＮｉ（ＮＯ3）2の飽
和水溶液を混合し原液とした。ここでＮｉＯがＳＡＳＺ
に対して重量比で７０：３０となる様に混合を行った。
【００１８】この原液を厚み０．２ｍｍの上記固体電解
質（０．２ｍｍ×２２ｍｍ×２２ｍｍ）２に３０００ｒ
ｐｍでスピンコートし、４００℃で熱処理を行った。ス
ピンコートに際し、６ｍｍ径の円形部分のみを露出させ
他の部分は覆い、この部分のみに燃料極を設けた。この
工程を数回行い、最後に１０００℃で焼成し、厚み１．
５ミクロンの燃料極１を形成した。
質（０．２ｍｍ×２２ｍｍ×２２ｍｍ）２に３０００ｒ
ｐｍでスピンコートし、４００℃で熱処理を行った。ス
ピンコートに際し、６ｍｍ径の円形部分のみを露出させ
他の部分は覆い、この部分のみに燃料極を設けた。この
工程を数回行い、最後に１０００℃で焼成し、厚み１．
５ミクロンの燃料極１を形成した。
【００１９】次に裏面にはＬＳＭ空気極（６ｍｍ径）３
を、そしてシートの端に白金参照極を塗布し、８００℃
で焼成し単セルとした。ここで、空気極の集電には白金
メッシュ４を、そして燃料極１の集電には最後に金ぺー
ストをつけた金メッシュ５を用い、９３０℃で焼成し
た。なお図１において、６は白金端子、７はガスシール
である。
を、そしてシートの端に白金参照極を塗布し、８００℃
で焼成し単セルとした。ここで、空気極の集電には白金
メッシュ４を、そして燃料極１の集電には最後に金ぺー
ストをつけた金メッシュ５を用い、９３０℃で焼成し
た。なお図１において、６は白金端子、７はガスシール
である。
【００２０】このセル（セル♯１）を図１に示す様にセ
ル測定系に装着し、８００℃にて発電試験を行った。比
較のために用いたセル（セル♯０−１）は、燃料極に平
均粒径１ミクロンのＳＡＳＺとＮｉＯとの混合体をＰＶ
Ａ水溶液に分散させ６ｍｍ径の円形に塗布し１３００℃
で焼成し、次に上記の手順で空気極と参照極を設けた。
表２−１に実験条件をまとめた。
ル測定系に装着し、８００℃にて発電試験を行った。比
較のために用いたセル（セル♯０−１）は、燃料極に平
均粒径１ミクロンのＳＡＳＺとＮｉＯとの混合体をＰＶ
Ａ水溶液に分散させ６ｍｍ径の円形に塗布し１３００℃
で焼成し、次に上記の手順で空気極と参照極を設けた。
表２−１に実験条件をまとめた。
【００２１】この単セルの８００℃における過電圧（電
流密度１Ａ／ｃｍ2時）を表２−２のセル♯１に示す。
ここで燃料極には水素、空気極には酸素を供給した。電
流密度は、燃料極の面積を基にして求めた値である。過
電圧は、電流遮断法、すなわちリレーにより電流を遮断
し、この応答から過電圧を求めた。比較のために上記の
単セルの燃料極だけを従来のものとしたセルの特性も同
時に示す。ここで、燃料極過電圧は電流密度が１．０Ａ
／ｃｍ2時の値である。本発明の燃料極を用いた時は、
従来の燃料極を用いたセルに比べ良好な特性を示した。
流密度１Ａ／ｃｍ2時）を表２−２のセル♯１に示す。
ここで燃料極には水素、空気極には酸素を供給した。電
流密度は、燃料極の面積を基にして求めた値である。過
電圧は、電流遮断法、すなわちリレーにより電流を遮断
し、この応答から過電圧を求めた。比較のために上記の
単セルの燃料極だけを従来のものとしたセルの特性も同
時に示す。ここで、燃料極過電圧は電流密度が１．０Ａ
／ｃｍ2時の値である。本発明の燃料極を用いた時は、
従来の燃料極を用いたセルに比べ良好な特性を示した。
【００２２】
【実施例２】単セルの作製において、ゾルゲル原液に平
均粒径０．４ミクロンのＳＡＳＺ粉末（ＳＡＳＺ粉末の
重量とＳＡＳＺゾルゲル液から析出させた重量の比は８
０：２０とした）を分散させたスラリを原料とし、燃料
極を設けた。ここで、ＮｉＯのＳＡＳＺに対する重量比
は７０：３０、燃料極の厚みは１０ミクロンとなるよう
に調整した。このセル（セル♯２）を用いて、実施例１
と同様の実験を行った。表２−２のセル♯２の欄に示す
様に実施例１における標準セル（セル♯０−１）に比べ
て特性が改善された。
均粒径０．４ミクロンのＳＡＳＺ粉末（ＳＡＳＺ粉末の
重量とＳＡＳＺゾルゲル液から析出させた重量の比は８
０：２０とした）を分散させたスラリを原料とし、燃料
極を設けた。ここで、ＮｉＯのＳＡＳＺに対する重量比
は７０：３０、燃料極の厚みは１０ミクロンとなるよう
に調整した。このセル（セル♯２）を用いて、実施例１
と同様の実験を行った。表２−２のセル♯２の欄に示す
様に実施例１における標準セル（セル♯０−１）に比べ
て特性が改善された。
【００２３】
【実施例３】実施例１と同様の単セルにおいて、燃料極
のゾルゲル液を８ＹＳＺ（０．９２ＺｒＯ2−０．０８
Ｙ2Ｏ3）用すなわちＺｒとＹ金属を含むアルコキシド液
とし、Ｎｉ（ＮＯ3）2水溶液を混合した原液を使用し
た。ここで、ＮｉＯの８ＹＳＺに対する重量比は７０：
３０、燃料極の厚みは１．５ミクロンとなるように調整
した。電解質シートにはＳＡＳＺに替えて８ＹＳＺ電解
質シートを用いた。このセル♯３を用いて実施例１と同
様の実験を行った。表２−２のセル♯３の欄に示す様に
従来セル（セル♯０−２）に比べて特性が改善された。
のゾルゲル液を８ＹＳＺ（０．９２ＺｒＯ2−０．０８
Ｙ2Ｏ3）用すなわちＺｒとＹ金属を含むアルコキシド液
とし、Ｎｉ（ＮＯ3）2水溶液を混合した原液を使用し
た。ここで、ＮｉＯの８ＹＳＺに対する重量比は７０：
３０、燃料極の厚みは１．５ミクロンとなるように調整
した。電解質シートにはＳＡＳＺに替えて８ＹＳＺ電解
質シートを用いた。このセル♯３を用いて実施例１と同
様の実験を行った。表２−２のセル♯３の欄に示す様に
従来セル（セル♯０−２）に比べて特性が改善された。
【００２４】
【実施例４】実施例１の単セルを基にしてセル♯４を作
製した。すなわち燃料極のゾルゲル液をＳＤＣ（Ｃｅ
0.8Ｓｍ0.2Ｏ2）用、すなわちＣｅとＳｍ金属を含むア
ルコキシド液とし、Ｎｉ（ＮＯ3）2水溶液を混合した原
液を用意した。ここで、ＮｉＯのＳＡＳＺに対する重量
比は７０：３０、燃料極の厚みは１．５ミクロンとなる
ように調整した。固体電解質にはＳＡＳＺに替えてＳＤ
Ｃ固体電解質を用いた。実施例１と同様の方法で燃料極
を塗布し１１００℃で焼成した。次に実施例１と同様の
空気極、参照極を設け、セル♯４を得た。このセル用を
いて実施例１と同様の実験を行った。比較のために従来
セル（セル♯０−３）を用意した。すなわち実施例１に
おける標準セル♯０−１の電解質シートをＳＡＳＺから
ＳＤＣに替え、またＳＤＣ粉末の混合体（ＮｉＯ：ＳＤ
Ｃ粉末＝７０：３０ｗｔ％）をＰＶＡ水溶液に分散させ
たスラリを原料として燃料極を形成し、従来セル（セル
♯０−３）とした。これらのセルの電極特性を表２−２
に示す。セル♯４の欄に示す様に従来セル（セル♯０−
３）に比べて特性が改善された。
製した。すなわち燃料極のゾルゲル液をＳＤＣ（Ｃｅ
0.8Ｓｍ0.2Ｏ2）用、すなわちＣｅとＳｍ金属を含むア
ルコキシド液とし、Ｎｉ（ＮＯ3）2水溶液を混合した原
液を用意した。ここで、ＮｉＯのＳＡＳＺに対する重量
比は７０：３０、燃料極の厚みは１．５ミクロンとなる
ように調整した。固体電解質にはＳＡＳＺに替えてＳＤ
Ｃ固体電解質を用いた。実施例１と同様の方法で燃料極
を塗布し１１００℃で焼成した。次に実施例１と同様の
空気極、参照極を設け、セル♯４を得た。このセル用を
いて実施例１と同様の実験を行った。比較のために従来
セル（セル♯０−３）を用意した。すなわち実施例１に
おける標準セル♯０−１の電解質シートをＳＡＳＺから
ＳＤＣに替え、またＳＤＣ粉末の混合体（ＮｉＯ：ＳＤ
Ｃ粉末＝７０：３０ｗｔ％）をＰＶＡ水溶液に分散させ
たスラリを原料として燃料極を形成し、従来セル（セル
♯０−３）とした。これらのセルの電極特性を表２−２
に示す。セル♯４の欄に示す様に従来セル（セル♯０−
３）に比べて特性が改善された。
【００２５】
【実施例５】実施例１と同様の単セルにおいて、平均粒
径５ミクロンのＳＡＳＺ粉末をＰＶＡ水溶液に分散した
スラリを０．２ｍｍ厚のＳＡＳＺ固体電解質に塗布し、
１３００℃で焼成し、厚み８０ミクロンの多孔質固体電
解液を形成した。この時、集電用の白金のメッシュをス
ラリにのせて焼成を行った。燃料極のＳＡＳＺ組成に対
応したゾルゲル液を用意し、Ｎｉ（ＮＯ3）2水溶液と混
合して原液とした。ここで、ＮｉＯのＳＡＳＺに対する
重量比は７０：３０である。この原液を上述の多孔体上
に塗布し、しみ込ませた後、１１００℃で焼成しセル♯
５とした。このセル♯５を用いて実施例１と同様の実験
を行った。表２−２のセル♯５の欄に示す様に実施例１
における標準セル（セル♯０−１）に比べて特性が改善
された。
径５ミクロンのＳＡＳＺ粉末をＰＶＡ水溶液に分散した
スラリを０．２ｍｍ厚のＳＡＳＺ固体電解質に塗布し、
１３００℃で焼成し、厚み８０ミクロンの多孔質固体電
解液を形成した。この時、集電用の白金のメッシュをス
ラリにのせて焼成を行った。燃料極のＳＡＳＺ組成に対
応したゾルゲル液を用意し、Ｎｉ（ＮＯ3）2水溶液と混
合して原液とした。ここで、ＮｉＯのＳＡＳＺに対する
重量比は７０：３０である。この原液を上述の多孔体上
に塗布し、しみ込ませた後、１１００℃で焼成しセル♯
５とした。このセル♯５を用いて実施例１と同様の実験
を行った。表２−２のセル♯５の欄に示す様に実施例１
における標準セル（セル♯０−１）に比べて特性が改善
された。
【００２６】
【実施例６】実施例５において、ＳＡＳＺスラリに替え
てＳＡＳＺ（平均粒径５ミクロン）とＮｉＯ（平均粒径
０．８ミクロン）の混合体をＰＶＡに分散したスラリを
用意した。ここでＮｉＯに対するＳＡＳＺの重量比は６
０：４０とした。そして１３００℃で焼成し、厚み８０
ミクロンのＮｉ−ＳＡＳＺ多孔体に実施例５と同様の原
液をしみ込ませ１１００℃で焼成しセル♯６を得た。こ
のセル♯６を用いて実施例１と同様の実験を行った。表
２−２のセル♯６の欄に示す様に実施例１における標準
セル（セル♯０−１）に比べて特性が改善された。
てＳＡＳＺ（平均粒径５ミクロン）とＮｉＯ（平均粒径
０．８ミクロン）の混合体をＰＶＡに分散したスラリを
用意した。ここでＮｉＯに対するＳＡＳＺの重量比は６
０：４０とした。そして１３００℃で焼成し、厚み８０
ミクロンのＮｉ−ＳＡＳＺ多孔体に実施例５と同様の原
液をしみ込ませ１１００℃で焼成しセル♯６を得た。こ
のセル♯６を用いて実施例１と同様の実験を行った。表
２−２のセル♯６の欄に示す様に実施例１における標準
セル（セル♯０−１）に比べて特性が改善された。
【００２７】表１
【００２８】表２−１
【００２９】表２−２
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、固体電解質燃料電
池の燃料極を、ゾルゲル法を用いた本方法で作成するこ
とにより、従来の湿式法に比べ微細な構造を形成するこ
とができる。また、従来の湿式法と同じ装置を使用する
ので、製造コストについては従来法と同等である。これ
により電極活性が高く、従来材料湿式の作製法に比べ優
れた特性を有する燃料極を安価に得ることに成功した。
本発明は固体燃料電池の高効率動作化に大きな貢献をな
すものである。
池の燃料極を、ゾルゲル法を用いた本方法で作成するこ
とにより、従来の湿式法に比べ微細な構造を形成するこ
とができる。また、従来の湿式法と同じ装置を使用する
ので、製造コストについては従来法と同等である。これ
により電極活性が高く、従来材料湿式の作製法に比べ優
れた特性を有する燃料極を安価に得ることに成功した。
本発明は固体燃料電池の高効率動作化に大きな貢献をな
すものである。
【図１】実施例に用いた燃料電池の模式図。
【図２】実施例に用いた単セルの平面図。
１ 燃料極 ２ 固体電解質 ３ 空気極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫻井 庸司 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS02 BB01 BB05 BB08 BB12 CC06 DD08 EE13 HH01 HH08 5H026 AA06 BB01 BB03 BB04 BB08 CX04 EE13 HH01 HH08
Claims (4)
- 【請求項１】 ＮｉＯと酸素イオン伝導体との混合体か
らなる燃料極の酸素イオン伝導体の組成に対応したアル
コキシドの混合液であるゾルゲル液と極性溶媒にＮｉ塩
を溶かした溶液との混合液を原液とし、これを固体電解
質に塗布し、その後熱処理し再結晶化させることを特徴
とする固体電解質型燃料電池用燃料極の作製法。 - 【請求項２】 請求項１において、平均粒径が０．１ミ
クロン以上の酸素イオン伝導体の粉末を前記原液に添加
したことを特徴とする固体電解質型燃料電池用燃料極の
作製法。 - 【請求項３】 請求項１において、平均粒径が０．５ミ
クロン以上の酸素イオン伝導体の粉末を用いたスラリを
塗布し、一度１２００℃以上の高温で焼成し多孔質固体
電解質を形成した後、この多孔質固体電解質にゾルゲル
液と極性溶媒にＮｉ塩を溶かした溶液との混合液からな
る原液をしみ込ませ、これを熱処理して多孔質固体電解
質内に微細な酸素イオン伝導体とＮｉＯの混合体を析出
させることを特徴とする固体電解質型燃料電池用燃料極
の作製法。 - 【請求項４】 請求項１において、平均粒径が１ミクロ
ン以上の酸素イオン伝導体の粉末と平均粒径が０．５ミ
クロン以上のＮｉＯの粉末を混合したスラリを塗布し、
一度１２００℃以上の高温で焼成し多孔質固体電解質を
形成した後、この多孔質固体電解質にゾルゲル液と極性
溶媒にＮｉ塩を溶かした溶液との混合液からなる原液を
しみ込ませ、これを熱処理して多孔質固体電解質内に微
細な酸素イオン伝導体とＮｉＯの混合体を析出させるこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池用燃料極の作製
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28104299A JP3714659B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 固体電解質型燃料電池用燃料極の作製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28104299A JP3714659B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 固体電解質型燃料電池用燃料極の作製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001102061A true JP2001102061A (ja) | 2001-04-13 |
| JP3714659B2 JP3714659B2 (ja) | 2005-11-09 |
Family
ID=17633497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28104299A Expired - Fee Related JP3714659B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 固体電解質型燃料電池用燃料極の作製法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3714659B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004259642A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池用燃料電極およびその製造方法 |
| JP2005166563A (ja) * | 2003-12-05 | 2005-06-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 活性微粒子を添加したｓｏｆｃ用燃料極およびその作製法 |
| WO2006092912A1 (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-08 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 固体酸化物形燃料電池用セル及び固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法 |
| JP2006252796A (ja) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 固体酸化物形燃料電池用燃料極 |
-
1999
- 1999-10-01 JP JP28104299A patent/JP3714659B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004259642A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池用燃料電極およびその製造方法 |
| JP2005166563A (ja) * | 2003-12-05 | 2005-06-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 活性微粒子を添加したｓｏｆｃ用燃料極およびその作製法 |
| JP4587663B2 (ja) * | 2003-12-05 | 2010-11-24 | 日本電信電話株式会社 | 固体酸化物燃料電池用燃料極およびその作製法 |
| WO2006092912A1 (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-08 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 固体酸化物形燃料電池用セル及び固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法 |
| JP2006252796A (ja) * | 2005-03-08 | 2006-09-21 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 固体酸化物形燃料電池用燃料極 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3714659B2 (ja) | 2005-11-09 |
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