JP2002015756A - 固体酸化物型燃料電池 - Google Patents
固体酸化物型燃料電池Info
- Publication number
- JP2002015756A JP2002015756A JP2000193750A JP2000193750A JP2002015756A JP 2002015756 A JP2002015756 A JP 2002015756A JP 2000193750 A JP2000193750 A JP 2000193750A JP 2000193750 A JP2000193750 A JP 2000193750A JP 2002015756 A JP2002015756 A JP 2002015756A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte layer
- layer
- fuel cell
- solid
- solid electrolyte
- 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
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
- H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0088—Composites
- H01M2300/0094—Composites in the form of layered products, e.g. coatings
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体電解質層の隔壁としての機能を損なうこ
となくそのイオン伝導度を高めて発電効率が改善された
固体酸化物型燃料電池１１を構築する。 【解決手段】固体酸化物燃料電池１１は、空気極層１４
と燃料極層１３の間に固体電解質層１６が配された積層
構造を有する。固体電解質層１６はランタンガレート系
酸化物からなりかつ第２電解質層に比較してイオン輸率
が高い第１電解質層とランタンガレート系酸化物からな
りかつ導電率が第１電解質層に比較して高い第２電解質
層１６ｂとを隣接して形成され、空気極層１４は第１電
解質層１６ａに積層され、燃料極層１３が第２電解質層
１６ｂに積層される。それぞれの電解質層がLa1-a Ａa
Ga1-(b+c) Ｂb Coc O3 で示される材料からなり、第１
電解質層のコバルト添加量が第２電解質層のコバルト添
加量より小さく、第１電解質層の厚さが固体電解質層の
厚さの１％〜２０％である。
となくそのイオン伝導度を高めて発電効率が改善された
固体酸化物型燃料電池１１を構築する。 【解決手段】固体酸化物燃料電池１１は、空気極層１４
と燃料極層１３の間に固体電解質層１６が配された積層
構造を有する。固体電解質層１６はランタンガレート系
酸化物からなりかつ第２電解質層に比較してイオン輸率
が高い第１電解質層とランタンガレート系酸化物からな
りかつ導電率が第１電解質層に比較して高い第２電解質
層１６ｂとを隣接して形成され、空気極層１４は第１電
解質層１６ａに積層され、燃料極層１３が第２電解質層
１６ｂに積層される。それぞれの電解質層がLa1-a Ａa
Ga1-(b+c) Ｂb Coc O3 で示される材料からなり、第１
電解質層のコバルト添加量が第２電解質層のコバルト添
加量より小さく、第１電解質層の厚さが固体電解質層の
厚さの１％〜２０％である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気極層と燃料極
層の間に固体電解質層を配した固体酸化物型燃料電池
(ＳＯＦＣ、固体電解質型燃料電池と呼ぶこともある)に
関するものである。
層の間に固体電解質層を配した固体酸化物型燃料電池
(ＳＯＦＣ、固体電解質型燃料電池と呼ぶこともある)に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸化物イオン伝導体からなる固体電解質
層を空気極層と燃料極層との間に挟んだ積層構造を持つ
固体酸化物型燃料電池は、第三世代の発電用燃料電池と
して開発が進んでいる。固体酸化物型燃料電池には、図
９（ａ）に示すような円筒型と図９（ｂ）に示すような
平板型の２種類がある。図９（ａ）に示す円筒型の単セ
ルは、例えば、絶縁性多孔質セラミック円筒基体１の周
囲に、空気極層２、固体電解質層３、燃料極層４を順に
密着させて同心状に形成したものからなる。空気極の端
子となる導電性のインタコネクタ５が、空気極２と接触
し、燃料極４とは非接触となる状態で、固体電解質層３
を貫通して形成されている。各層の形成は、溶射法、電
気化学的蒸着法、スリップキャスティング法などにより
実施できる。
層を空気極層と燃料極層との間に挟んだ積層構造を持つ
固体酸化物型燃料電池は、第三世代の発電用燃料電池と
して開発が進んでいる。固体酸化物型燃料電池には、図
９（ａ）に示すような円筒型と図９（ｂ）に示すような
平板型の２種類がある。図９（ａ）に示す円筒型の単セ
ルは、例えば、絶縁性多孔質セラミック円筒基体１の周
囲に、空気極層２、固体電解質層３、燃料極層４を順に
密着させて同心状に形成したものからなる。空気極の端
子となる導電性のインタコネクタ５が、空気極２と接触
し、燃料極４とは非接触となる状態で、固体電解質層３
を貫通して形成されている。各層の形成は、溶射法、電
気化学的蒸着法、スリップキャスティング法などにより
実施できる。
【０００３】図９（ｂ）に示す平板型の単セルは、固体
電解質層３の片側に空気極層２、反対側に燃料極層４を
設けた積層体からなる。単セル同士を、両面にガス流路
を設けた緻密なインタコネクタ５を介して接続する。平
板型の単セルは、まず固体電解質層をドクターブレード
法、押出法などで形成したグリーンシートの焼結により
形成し、その片面に空気極材料、反対面に燃料極材料を
スラリーから塗布し、順次又は同時に焼結させることに
より形成できる。或いは、固体電解質層と各電極層のグ
リーンシートをまず作製して重ね合わせ、一括焼成によ
り焼結させることもできる。このような湿式法が安価で
あるが、円筒型と同様に、溶射法や電気化学的蒸着法も
採用できる。
電解質層３の片側に空気極層２、反対側に燃料極層４を
設けた積層体からなる。単セル同士を、両面にガス流路
を設けた緻密なインタコネクタ５を介して接続する。平
板型の単セルは、まず固体電解質層をドクターブレード
法、押出法などで形成したグリーンシートの焼結により
形成し、その片面に空気極材料、反対面に燃料極材料を
スラリーから塗布し、順次又は同時に焼結させることに
より形成できる。或いは、固体電解質層と各電極層のグ
リーンシートをまず作製して重ね合わせ、一括焼成によ
り焼結させることもできる。このような湿式法が安価で
あるが、円筒型と同様に、溶射法や電気化学的蒸着法も
採用できる。
【０００４】このような固体酸化物型燃料電池では、空
気極側に酸素 (空気) が、燃料極側には燃料ガス
(Ｈ2 、ＣＯ等) が供給される。空気極と燃料極は、ガ
スが固体電解質との界面に到達することができるよう
に、いずれも多孔質とする。空気極側に供給された酸素
は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近
傍に到達し、この部分で、空気極から電子を受け取っ
て、酸化物イオン (Ｏ2-) にイオン化される。この酸化
物イオンは、燃料極の方向に向かって固体電解質層内を
拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イ
オンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物
(Ｈ2Ｏ、ＣＯ2 等) を生じ、燃料極に電子を放出する。
気極側に酸素 (空気) が、燃料極側には燃料ガス
(Ｈ2 、ＣＯ等) が供給される。空気極と燃料極は、ガ
スが固体電解質との界面に到達することができるよう
に、いずれも多孔質とする。空気極側に供給された酸素
は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近
傍に到達し、この部分で、空気極から電子を受け取っ
て、酸化物イオン (Ｏ2-) にイオン化される。この酸化
物イオンは、燃料極の方向に向かって固体電解質層内を
拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イ
オンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物
(Ｈ2Ｏ、ＣＯ2 等) を生じ、燃料極に電子を放出する。
【０００５】固体電解質層は、酸化物イオンの移動媒体
であると同時に、燃料ガスと空気を直接接触させないた
めの隔壁としても機能するので、ガス不透過性の緻密な
構造とする。この固体電解質層は、酸化物イオン伝導性
が高く、空気極側の酸化性雰囲気から燃料極側の還元性
雰囲気までの条件下で化学的に安定で、熱衝撃に強い材
料から構成する必要がある。かかる要件を満たす材料と
して、イットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）が、固体電解質材料として一般的に使用されてい
る。しかし、この安定化ジルコニアは、温度が低くなる
とイオン伝導性が不足する不具合があった。例えば、Ｙ
2Ｏ3安定化ジルコニアのイオン伝導度は、１０００℃で
は１０-1Ｓ／ｃｍであるが、５００℃では１０-4Ｓ／ｃ
ｍに低下するので、このような安定化ジルコニアを固体
電解質層として使用した燃料電池の使用温度は通常１０
００℃前後の高温で運転されており、最低でも８００℃
以上という高温に制限される不具合がある。
であると同時に、燃料ガスと空気を直接接触させないた
めの隔壁としても機能するので、ガス不透過性の緻密な
構造とする。この固体電解質層は、酸化物イオン伝導性
が高く、空気極側の酸化性雰囲気から燃料極側の還元性
雰囲気までの条件下で化学的に安定で、熱衝撃に強い材
料から構成する必要がある。かかる要件を満たす材料と
して、イットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）が、固体電解質材料として一般的に使用されてい
る。しかし、この安定化ジルコニアは、温度が低くなる
とイオン伝導性が不足する不具合があった。例えば、Ｙ
2Ｏ3安定化ジルコニアのイオン伝導度は、１０００℃で
は１０-1Ｓ／ｃｍであるが、５００℃では１０-4Ｓ／ｃ
ｍに低下するので、このような安定化ジルコニアを固体
電解質層として使用した燃料電池の使用温度は通常１０
００℃前後の高温で運転されており、最低でも８００℃
以上という高温に制限される不具合がある。
【０００６】この点を解消するために、ペロブスカイト
型構造を取る酸化物イオン伝導体が提案されている（特
開平１１−３３５１６４）。この酸化物イオン伝導体
は、一般式：Ｌｎ1-x Ａx Ｇａ1-y-z Ｂ１y Ｂ２z Ｏ3
で示され、この式において、Ｌｎはランタノイド系希土
類金属であり、Ａはアルカリ土類金属であり、Ｂ１は非
遷移金属であり、Ｂ２は遷移金属である。即ち、この酸
化物イオン伝導体は、ランタンガレート（ＬｎＧａ
Ｏ3）を基本構造とし、これにアルカリ土類金属
（Ａ）、非遷移金属（Ｂ１）、及び遷移金属（Ｂ２）の
３種類、又はアルカリ土類金属（Ａ）及び遷移金属（Ｂ
２）の２種類の原子をドープした、５元系（Ｌｎ＋Ａ＋
Ｇａ＋Ｂ１＋Ｂ２）又は４元系（Ｌｎ＋Ａ＋Ｇａ＋Ｂ
２）の複合酸化物である。
型構造を取る酸化物イオン伝導体が提案されている（特
開平１１−３３５１６４）。この酸化物イオン伝導体
は、一般式：Ｌｎ1-x Ａx Ｇａ1-y-z Ｂ１y Ｂ２z Ｏ3
で示され、この式において、Ｌｎはランタノイド系希土
類金属であり、Ａはアルカリ土類金属であり、Ｂ１は非
遷移金属であり、Ｂ２は遷移金属である。即ち、この酸
化物イオン伝導体は、ランタンガレート（ＬｎＧａ
Ｏ3）を基本構造とし、これにアルカリ土類金属
（Ａ）、非遷移金属（Ｂ１）、及び遷移金属（Ｂ２）の
３種類、又はアルカリ土類金属（Ａ）及び遷移金属（Ｂ
２）の２種類の原子をドープした、５元系（Ｌｎ＋Ａ＋
Ｇａ＋Ｂ１＋Ｂ２）又は４元系（Ｌｎ＋Ａ＋Ｇａ＋Ｂ
２）の複合酸化物である。
【０００７】このランタンガレート系酸化物の内、５／
４元系複合酸化物からなる酸化物イオン伝導体のＢサイ
トのドープ原子のうち遷移金属であるＢ２原子の割合と
イオン伝導と電気伝導を含めた全電気伝導性及びイオン
輸率との関係を図２に示す。ここでは酸化物イオン伝導
体として、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2Ｇａ0.8Ｍｇ0.2-cＣｏcＯ3の
ランタンガレート系酸化物を示している。このランタン
ガレート系酸化物は、安定化ジルコニアより高い酸化物
イオン伝導性を示し、耐熱性が高く、高温はもちろん、
温度が低下しても酸化物イオン伝導性が高く、更に酸素
雰囲気から水素雰囲気までのあらゆる酸素分圧で（即
ち、酸素分圧が低くても）イオン輸率の低下が小さく、
酸化物イオン伝導が支配的であるか、又は混合イオン伝
導性を示すことが確認されている。このため、このラン
タンガレート系酸化物を固体電解質層として使用するこ
とにより、通常１０００℃の固体酸化物型燃料電池の作
動温度を低下させることが期待されている。
４元系複合酸化物からなる酸化物イオン伝導体のＢサイ
トのドープ原子のうち遷移金属であるＢ２原子の割合と
イオン伝導と電気伝導を含めた全電気伝導性及びイオン
輸率との関係を図２に示す。ここでは酸化物イオン伝導
体として、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2Ｇａ0.8Ｍｇ0.2-cＣｏcＯ3の
ランタンガレート系酸化物を示している。このランタン
ガレート系酸化物は、安定化ジルコニアより高い酸化物
イオン伝導性を示し、耐熱性が高く、高温はもちろん、
温度が低下しても酸化物イオン伝導性が高く、更に酸素
雰囲気から水素雰囲気までのあらゆる酸素分圧で（即
ち、酸素分圧が低くても）イオン輸率の低下が小さく、
酸化物イオン伝導が支配的であるか、又は混合イオン伝
導性を示すことが確認されている。このため、このラン
タンガレート系酸化物を固体電解質層として使用するこ
とにより、通常１０００℃の固体酸化物型燃料電池の作
動温度を低下させることが期待されている。
【０００８】ここで、燃料電池をその効率の面から着目
すると、酸化物イオンが燃料ガスと反応することにより
燃料極に放出された電子が、固体電解質を伝導して空気
極層側に戻ることを防止して燃料極に確実に残存させる
必要がある。このためには、固体電解質のイオン輸率は
１．０であることが理想的である。即ち、固体電解質に
おける全伝導度が全て酸素イオンの伝導によるものであ
り、空気極層と燃料極層の間に電子の伝導が全くない状
態であることが好ましい。特開平１１−３３５１６４号
公報に示されたランタンガレート系酸化物においてイオ
ン輸率を１．０に近づけるには、図２の内容から遷移金
属（Ｂ２z）、即ちＣｏの添加量（ｃ値）を減少させる
ことが必要である。
すると、酸化物イオンが燃料ガスと反応することにより
燃料極に放出された電子が、固体電解質を伝導して空気
極層側に戻ることを防止して燃料極に確実に残存させる
必要がある。このためには、固体電解質のイオン輸率は
１．０であることが理想的である。即ち、固体電解質に
おける全伝導度が全て酸素イオンの伝導によるものであ
り、空気極層と燃料極層の間に電子の伝導が全くない状
態であることが好ましい。特開平１１−３３５１６４号
公報に示されたランタンガレート系酸化物においてイオ
ン輸率を１．０に近づけるには、図２の内容から遷移金
属（Ｂ２z）、即ちＣｏの添加量（ｃ値）を減少させる
ことが必要である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平１１−
３３５１６４号公報に示されたランタンガレート系酸化
物において、イオン輸率を１．０に近づけるために遷移
金属のＣｏの添加量（ｃ値）を減少させると、図２に示
すように、イオン伝導と電子伝導を含めた全伝導度自体
が減少し、燃料電池の性能自体が低下する不具合があ
る。この点を解消するために、固体電解質層の厚さを極
力薄くしてその全伝導度を高めることが考えられるが、
厚さ自体を薄くすると、燃料ガスと空気を直接接触させ
ないための隔壁としての機能を損なうおそれがあるた
め、その薄型化には限界があった。本発明の目的は、固
体電解質層の隔壁としての機能を損なうことなくそのイ
オン伝導度を高めて効率を向上し得る固体酸化物型燃料
電池を提供することにある。
３３５１６４号公報に示されたランタンガレート系酸化
物において、イオン輸率を１．０に近づけるために遷移
金属のＣｏの添加量（ｃ値）を減少させると、図２に示
すように、イオン伝導と電子伝導を含めた全伝導度自体
が減少し、燃料電池の性能自体が低下する不具合があ
る。この点を解消するために、固体電解質層の厚さを極
力薄くしてその全伝導度を高めることが考えられるが、
厚さ自体を薄くすると、燃料ガスと空気を直接接触させ
ないための隔壁としての機能を損なうおそれがあるた
め、その薄型化には限界があった。本発明の目的は、固
体電解質層の隔壁としての機能を損なうことなくそのイ
オン伝導度を高めて効率を向上し得る固体酸化物型燃料
電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、空気極層１４と燃料極層１３の間に
固体電解質層１６が配された積層構造を有する固体酸化
物燃料電池１１の改良である。その特徴ある構成は、固
体電解質層１６はランタンガレート系酸化物からなりか
つ第１イオン輸率及び第１導電率を有する第１電解質層
１６ａとランタンガレート系酸化物からなりかつ第１イ
オン輸率より低い第２イオン輸率及び第１導電率より高
い第２導電率を有する第２電解質層１６ｂとが隣接して
形成され、空気極層１４が第１電解質層１６ａに積層さ
れ、燃料極層１３が第２電解質層１６ｂに積層されたと
ころにある。なお、図示しないが、空気極層１４を第２
電解質層１６ｂに積層し、燃料極層１３を第１電解質層
１６ａに積層してもよい。
図１に示すように、空気極層１４と燃料極層１３の間に
固体電解質層１６が配された積層構造を有する固体酸化
物燃料電池１１の改良である。その特徴ある構成は、固
体電解質層１６はランタンガレート系酸化物からなりか
つ第１イオン輸率及び第１導電率を有する第１電解質層
１６ａとランタンガレート系酸化物からなりかつ第１イ
オン輸率より低い第２イオン輸率及び第１導電率より高
い第２導電率を有する第２電解質層１６ｂとが隣接して
形成され、空気極層１４が第１電解質層１６ａに積層さ
れ、燃料極層１３が第２電解質層１６ｂに積層されたと
ころにある。なお、図示しないが、空気極層１４を第２
電解質層１６ｂに積層し、燃料極層１３を第１電解質層
１６ａに積層してもよい。
【００１１】請求項１に係る発明では、固体電解質層１
６をランタンガレート系酸化物により形成するので、従
来のＹＳＺからなる固体電解質層と比較して高い全電気
伝導度を有する固体電解質層１６を得るとともに、固体
酸化物型燃料電池の作動温度を従来より低下させる。ま
た、空気極層１４と固体電解質層１６との界面近傍でイ
オン化された酸化物イオンは、第１電解質層１６ａ側
（又は第２電解質層１６ｂ側）から第２電解質層１６ｂ
（又は第１電解質層１６ａ）に移動して燃料極層１３に
到達して電子を放出する。放出された電子の一部は燃料
極層１３からこの第２電解質層１６ｂ（又は第１電解質
層１６ａ）に戻り空気極層１４側に移動する。一方、第
１電解質層１６ａ（又は第２電解質層１６ｂ）はイオン
輸率を比較的高くしていることから電子伝導度は極めて
低い。このため電子が燃料極層１３から固体電解質層１
６を通過して空気極層１４に移動することは極めて困難
となる。この結果、固体電解質層１６全体におけるイオ
ン伝導度は著しく向上して固体酸化物燃料電池の効率は
向上する。
６をランタンガレート系酸化物により形成するので、従
来のＹＳＺからなる固体電解質層と比較して高い全電気
伝導度を有する固体電解質層１６を得るとともに、固体
酸化物型燃料電池の作動温度を従来より低下させる。ま
た、空気極層１４と固体電解質層１６との界面近傍でイ
オン化された酸化物イオンは、第１電解質層１６ａ側
（又は第２電解質層１６ｂ側）から第２電解質層１６ｂ
（又は第１電解質層１６ａ）に移動して燃料極層１３に
到達して電子を放出する。放出された電子の一部は燃料
極層１３からこの第２電解質層１６ｂ（又は第１電解質
層１６ａ）に戻り空気極層１４側に移動する。一方、第
１電解質層１６ａ（又は第２電解質層１６ｂ）はイオン
輸率を比較的高くしていることから電子伝導度は極めて
低い。このため電子が燃料極層１３から固体電解質層１
６を通過して空気極層１４に移動することは極めて困難
となる。この結果、固体電解質層１６全体におけるイオ
ン伝導度は著しく向上して固体酸化物燃料電池の効率は
向上する。
【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂがＬ
ａ1-a Ａa Ｇａ1-(b+c) Ｂb Ｃｏc Ｏ3 で示される材料
からそれぞれ構成され、かつ第１電解質層１６ａのコバ
ルト添加量が零であるか又は第２電解質層１６ｂのコバ
ルト添加量の８０％以下である固体酸化物型燃料電池で
ある。但し、式中ＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａの１種もしくは
２種以上の元素であり、ＢはＭｇ、Ａｌ、Ｉｎの１種も
しくは２種以上の元素であり、ａは０．０５〜０．３で
あり、ｂは０〜０．３であり、ｃは０〜０．２であり、
（ｂ＋ｃ）は０．０２５〜０．３である。図２に示すよ
うに、ランタンガレート系酸化物のイオン輸率 (電気伝
導に占めるイオン性伝導の割合) は特にｃ値により変動
し、ｃ値が低ければイオン輸率は向上する。一方、上式
でｃ値が大きければ、導電性が高いが、イオン輸率は低
くなる。この請求項２に係る発明では、第１電解質層１
６ａのコバルト添加量を第２電解質層１６ｂのコバルト
添加量より小さくすることにより、第２電解質層１６ｂ
に比較してイオン輸率が高い第１電解質層１６ａを比較
的容易かつ確実に得る。
明であって、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂがＬ
ａ1-a Ａa Ｇａ1-(b+c) Ｂb Ｃｏc Ｏ3 で示される材料
からそれぞれ構成され、かつ第１電解質層１６ａのコバ
ルト添加量が零であるか又は第２電解質層１６ｂのコバ
ルト添加量の８０％以下である固体酸化物型燃料電池で
ある。但し、式中ＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａの１種もしくは
２種以上の元素であり、ＢはＭｇ、Ａｌ、Ｉｎの１種も
しくは２種以上の元素であり、ａは０．０５〜０．３で
あり、ｂは０〜０．３であり、ｃは０〜０．２であり、
（ｂ＋ｃ）は０．０２５〜０．３である。図２に示すよ
うに、ランタンガレート系酸化物のイオン輸率 (電気伝
導に占めるイオン性伝導の割合) は特にｃ値により変動
し、ｃ値が低ければイオン輸率は向上する。一方、上式
でｃ値が大きければ、導電性が高いが、イオン輸率は低
くなる。この請求項２に係る発明では、第１電解質層１
６ａのコバルト添加量を第２電解質層１６ｂのコバルト
添加量より小さくすることにより、第２電解質層１６ｂ
に比較してイオン輸率が高い第１電解質層１６ａを比較
的容易かつ確実に得る。
【００１３】請求項３に係る発明は、請求項２に係る発
明であって、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを隣
接させて構成された固体電解質層１６の厚さが１μｍ以
上５００μｍ以下であって、第１電解質層１６ａの厚さ
がその固体電解質層１６の厚さの１％〜２０％である固
体酸化物型燃料電池である。請求項２における第１電解
質層１６ａはコバルトの添加量を小さくしてイオン輸率
を比較的高くしている関係上、全伝導度は第２電解質層
１６ｂに比較して低くなる。この請求項３に係る発明で
は、第１電解質層１６ａの厚さを固体電解質層１６の厚
さの１％〜２０％と比較的薄く形成して、固体電解質層
１６の全体の厚さに対する第１電解質層１６ａの割合を
著しく低下させているため、第１電解質層１６ａにおけ
る全伝導度は高められる。このため、この第１電解質層
１６ａと第２電解質層１６ｂを隣接させた固体電解質層
１６における全伝導度は比較的高く維持される。一方、
固体電解質層１６の燃料ガスと空気を直接接触させない
という本来の機能は隣接させた第１電解質層と１６ａと
第２電解質層１６ｂとの双方により確保されるので、第
１電解質層１６ａのみを薄くしてもその機能が損なわれ
ることはない。
明であって、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを隣
接させて構成された固体電解質層１６の厚さが１μｍ以
上５００μｍ以下であって、第１電解質層１６ａの厚さ
がその固体電解質層１６の厚さの１％〜２０％である固
体酸化物型燃料電池である。請求項２における第１電解
質層１６ａはコバルトの添加量を小さくしてイオン輸率
を比較的高くしている関係上、全伝導度は第２電解質層
１６ｂに比較して低くなる。この請求項３に係る発明で
は、第１電解質層１６ａの厚さを固体電解質層１６の厚
さの１％〜２０％と比較的薄く形成して、固体電解質層
１６の全体の厚さに対する第１電解質層１６ａの割合を
著しく低下させているため、第１電解質層１６ａにおけ
る全伝導度は高められる。このため、この第１電解質層
１６ａと第２電解質層１６ｂを隣接させた固体電解質層
１６における全伝導度は比較的高く維持される。一方、
固体電解質層１６の燃料ガスと空気を直接接触させない
という本来の機能は隣接させた第１電解質層と１６ａと
第２電解質層１６ｂとの双方により確保されるので、第
１電解質層１６ａのみを薄くしてもその機能が損なわれ
ることはない。
【００１４】ここで、第１電解質層１６ａの厚さの固体
電解質層１６の厚さに対する好ましい割合は３％〜１０
％であって、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを隣
接させて構成された固体電解質層１６の好ましい厚さは
５μｍ以上１００μｍ以下である。第１電解質層１６ａ
の厚さの固体電解質層１６の厚さに対する比が１％未満
であると第１電解質層にピンホールが生じるおそれがあ
り、２０％を越えると固体電解質層１６全体における全
伝導度が低下する。また、固体電解質層１６全体の厚さ
が１μｍ未満であると固体電解質層１６の隔壁としての
機能が損なわれ、５００μｍを越えると固体電解質層１
６全体における全伝導度が低下して燃料電池の効率が低
下する。
電解質層１６の厚さに対する好ましい割合は３％〜１０
％であって、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを隣
接させて構成された固体電解質層１６の好ましい厚さは
５μｍ以上１００μｍ以下である。第１電解質層１６ａ
の厚さの固体電解質層１６の厚さに対する比が１％未満
であると第１電解質層にピンホールが生じるおそれがあ
り、２０％を越えると固体電解質層１６全体における全
伝導度が低下する。また、固体電解質層１６全体の厚さ
が１μｍ未満であると固体電解質層１６の隔壁としての
機能が損なわれ、５００μｍを越えると固体電解質層１
６全体における全伝導度が低下して燃料電池の効率が低
下する。
【００１５】請求項４に係る発明は、請求項２又は３に
係る発明であって、第１電解質層１６ａと第２電解質層
１６ｂが隣接する領域においてコバルトの含有量が第２
電解質層１６ｂから第１電解質層１６ａにかけて漸減す
る固体酸化物型燃料電池である。この請求項４に係る発
明では、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを同時に
作製することが可能になり、独立に形成された第１電解
質層１６ａと第２電解質層１６ｂを積層する場合に比較
して固体電解質層１６を比較的容易かつ安価に得ること
ができる。第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを同時
に作製する具体例として、単一組成の電解質のグリーン
シートを焼成する際にグリーンシート上面にアルミナセ
ッターを置いて焼成することにより作製することが挙げ
られる。
係る発明であって、第１電解質層１６ａと第２電解質層
１６ｂが隣接する領域においてコバルトの含有量が第２
電解質層１６ｂから第１電解質層１６ａにかけて漸減す
る固体酸化物型燃料電池である。この請求項４に係る発
明では、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを同時に
作製することが可能になり、独立に形成された第１電解
質層１６ａと第２電解質層１６ｂを積層する場合に比較
して固体電解質層１６を比較的容易かつ安価に得ること
ができる。第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを同時
に作製する具体例として、単一組成の電解質のグリーン
シートを焼成する際にグリーンシート上面にアルミナセ
ッターを置いて焼成することにより作製することが挙げ
られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１に示すように、固体酸化物型燃
料電池１１は水素ガス等の燃料に接する燃料極層１３
と、空気に接する多孔質の空気極層１４と、これらの燃
料極層１３と空気極層１４との間に介装される固体電解
質層１６を備える。この燃料電池１１は燃料極層１３と
空気極層１４とにより固体電解質層１６を挟持する積層
構造を有し、燃料極層１３に接するように水素を流通さ
せ、空気極層１４に接するように空気を流通させ、この
状態で燃料極層１３−空気極層１４間に負荷を電気的に
接続すると、水素が燃料となりかつ空気が酸化剤となっ
て、即ち燃料極層１３が負極となりかつ空気極層１４が
正極となって、図示しない負荷に電流が流れるように構
成される。
基づいて説明する。図１に示すように、固体酸化物型燃
料電池１１は水素ガス等の燃料に接する燃料極層１３
と、空気に接する多孔質の空気極層１４と、これらの燃
料極層１３と空気極層１４との間に介装される固体電解
質層１６を備える。この燃料電池１１は燃料極層１３と
空気極層１４とにより固体電解質層１６を挟持する積層
構造を有し、燃料極層１３に接するように水素を流通さ
せ、空気極層１４に接するように空気を流通させ、この
状態で燃料極層１３−空気極層１４間に負荷を電気的に
接続すると、水素が燃料となりかつ空気が酸化剤となっ
て、即ち燃料極層１３が負極となりかつ空気極層１４が
正極となって、図示しない負荷に電流が流れるように構
成される。
【００１７】固体電解質層１６は第１電解質層１６ａと
第２電解質層１６ｂとを隣接させることにより形成さ
れ、第１電解質層１６ａ及び第２電解質層１６ｂはそれ
ぞれランタンガレート系酸化物から作られる。固体電解
質層１６は、独立に形成された第１電解質層１６ａと第
２電解質層１６ｂを積層するか、或いは、製造時に表層
からコバルトを部分的に除去することによって固体電解
質層１６を形成する。表層からコバルトを部分的に除去
する場合には、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを
同時に作製することもでき、独立に形成された第１電解
質層１６ａと第２電解質層１６ｂを積層する場合に比較
して固体電解質層１６を比較的容易かつ安価に得ること
ができる。
第２電解質層１６ｂとを隣接させることにより形成さ
れ、第１電解質層１６ａ及び第２電解質層１６ｂはそれ
ぞれランタンガレート系酸化物から作られる。固体電解
質層１６は、独立に形成された第１電解質層１６ａと第
２電解質層１６ｂを積層するか、或いは、製造時に表層
からコバルトを部分的に除去することによって固体電解
質層１６を形成する。表層からコバルトを部分的に除去
する場合には、第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂを
同時に作製することもでき、独立に形成された第１電解
質層１６ａと第２電解質層１６ｂを積層する場合に比較
して固体電解質層１６を比較的容易かつ安価に得ること
ができる。
【００１８】具体的に、第１電解質層１６ａ及び第２電
解質層１６ｂは、下記の一般式で示されるランタンガレ
ート系酸化物でそれぞれ作られる。Ｌａ1-a Ａa Ｇａ
1-(b+c) Ｂb Ｃｏc Ｏ3 ・・・（１）上記一般式（１）
において、ＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａの１種もしくは２種以
上の元素であり、ＢはＭｇ、Ａｌ、Ｉｎの１種もしくは
２種以上の元素である。即ち、本発明の固体電解質層１
６はランタノイド・ガレート（ＬｎＧａＯ3-d）を基本
構造とし、これにアルカリ土類金属（Ａ），非遷移金属
（Ｂ）及び遷移金属であるＣｏの３種類の元素をドープ
した５元系（Ｌｎ＋Ａ＋Ｇａ＋Ｂ＋Ｃｏ）の複合酸化物
である。
解質層１６ｂは、下記の一般式で示されるランタンガレ
ート系酸化物でそれぞれ作られる。Ｌａ1-a Ａa Ｇａ
1-(b+c) Ｂb Ｃｏc Ｏ3 ・・・（１）上記一般式（１）
において、ＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａの１種もしくは２種以
上の元素であり、ＢはＭｇ、Ａｌ、Ｉｎの１種もしくは
２種以上の元素である。即ち、本発明の固体電解質層１
６はランタノイド・ガレート（ＬｎＧａＯ3-d）を基本
構造とし、これにアルカリ土類金属（Ａ），非遷移金属
（Ｂ）及び遷移金属であるＣｏの３種類の元素をドープ
した５元系（Ｌｎ＋Ａ＋Ｇａ＋Ｂ＋Ｃｏ）の複合酸化物
である。
【００１９】また一般式（１）で表される固体電解質層
１６はペロブスカイト型結晶構造を有し、ＡＢＯ3-dで
示されるペロブスカイト型結晶構造のＡサイトを上記一
般式（１）のＬｎ元素及びＡ元素が占め、ＢサイトをＧ
ａ元素，Ｂ元素及びＣｏ元素が占める。本来は３価金属
が占めるＡサイト及びＢサイトの一部を２価金属（例え
ば、Ａサイトを占める上記Ａ元素，Ｂサイトを占める上
記Ｂ元素）及び遷移金属（Ｂサイトを占める上記Ｃｏ元
素）が占めることにより酸素空孔を生じ、この酸素空孔
により酸化物イオン伝導性が現れる。従って、酸素原子
数はこの酸素空孔の分だけ減少することになる。
１６はペロブスカイト型結晶構造を有し、ＡＢＯ3-dで
示されるペロブスカイト型結晶構造のＡサイトを上記一
般式（１）のＬｎ元素及びＡ元素が占め、ＢサイトをＧ
ａ元素，Ｂ元素及びＣｏ元素が占める。本来は３価金属
が占めるＡサイト及びＢサイトの一部を２価金属（例え
ば、Ａサイトを占める上記Ａ元素，Ｂサイトを占める上
記Ｂ元素）及び遷移金属（Ｂサイトを占める上記Ｃｏ元
素）が占めることにより酸素空孔を生じ、この酸素空孔
により酸化物イオン伝導性が現れる。従って、酸素原子
数はこの酸素空孔の分だけ減少することになる。
【００２０】一般式（１）のａはＡ元素の原子比であ
り、０．０５〜０．３、好ましくは０．１０〜０．２５
の範囲に設定される。ｂはＢ元素の原子比であり、０〜
０．３、好ましくは０．０５〜０．２の範囲に設定され
る。ｃはＣｏ元素の原子比であり、０〜０．２、好まし
くは０．０３〜０．１の範囲に設定される。（ｂ＋ｃ）
は０．０２５〜０．３０、好ましくは０．１０〜０．２
５の範囲に設定される。ａを０．０５〜０．３の範囲に
限定したのは上記範囲を外れると電気伝導性が低下する
ためである。ｃを０〜０．２の範囲に限定したのは、ｃ
が増大するほど電気伝導性は高くなるが、イオン輸率
（酸化物イオン伝導性の割合）が低下するため、上記範
囲が最適な範囲となる。（ｂ＋ｃ）を０．０２５〜０．
３の範囲に限定したのは、（ｂ＋ｃ）が大きくなるにつ
れて電気伝導性が高くなるが、イオン輸率が低下するた
め、上記範囲が最適な範囲となる。
り、０．０５〜０．３、好ましくは０．１０〜０．２５
の範囲に設定される。ｂはＢ元素の原子比であり、０〜
０．３、好ましくは０．０５〜０．２の範囲に設定され
る。ｃはＣｏ元素の原子比であり、０〜０．２、好まし
くは０．０３〜０．１の範囲に設定される。（ｂ＋ｃ）
は０．０２５〜０．３０、好ましくは０．１０〜０．２
５の範囲に設定される。ａを０．０５〜０．３の範囲に
限定したのは上記範囲を外れると電気伝導性が低下する
ためである。ｃを０〜０．２の範囲に限定したのは、ｃ
が増大するほど電気伝導性は高くなるが、イオン輸率
（酸化物イオン伝導性の割合）が低下するため、上記範
囲が最適な範囲となる。（ｂ＋ｃ）を０．０２５〜０．
３の範囲に限定したのは、（ｂ＋ｃ）が大きくなるにつ
れて電気伝導性が高くなるが、イオン輸率が低下するた
め、上記範囲が最適な範囲となる。
【００２１】一般式（１）において、Ａ元素は好ましく
はＳｒであり、Ｂ元素は好ましくはＭｇである。また、
上の各式で、酸素の原子比は３と表示されているが、当
業者には明らかなように、例えば、ａが０ではない場合
には酸素空孔を生じるので、実際には酸素の原子比は３
より小さい値をとることが多い。しかし、酸素空孔の数
は、Ａ、Ｂの添加元素の種類や製造条件によっても変化
するので、便宜上、酸素の原子比を３として表示する。
一般式（１）で示される材料は、高温の酸化性雰囲気か
ら還元性雰囲気まで化学的に安定であり、導電率の著し
い変動がない。従って、固体酸化物型燃料電池１１の固
体電解質層１６として使用するのに適した材料である。
更に、ＹＳＺに比べてどの温度でも導電性が高いため、
例えば、６００〜８００℃というＹＳＺでは導電性が低
いため使用できなかった比較的低い温度範囲でも、燃料
電池１１の固体電解質層１６として十分な酸化物イオン
伝導性を示す。もちろん、１０００℃を超えるような高
温でも安定であり、そのような温度で使用することもで
きる。
はＳｒであり、Ｂ元素は好ましくはＭｇである。また、
上の各式で、酸素の原子比は３と表示されているが、当
業者には明らかなように、例えば、ａが０ではない場合
には酸素空孔を生じるので、実際には酸素の原子比は３
より小さい値をとることが多い。しかし、酸素空孔の数
は、Ａ、Ｂの添加元素の種類や製造条件によっても変化
するので、便宜上、酸素の原子比を３として表示する。
一般式（１）で示される材料は、高温の酸化性雰囲気か
ら還元性雰囲気まで化学的に安定であり、導電率の著し
い変動がない。従って、固体酸化物型燃料電池１１の固
体電解質層１６として使用するのに適した材料である。
更に、ＹＳＺに比べてどの温度でも導電性が高いため、
例えば、６００〜８００℃というＹＳＺでは導電性が低
いため使用できなかった比較的低い温度範囲でも、燃料
電池１１の固体電解質層１６として十分な酸化物イオン
伝導性を示す。もちろん、１０００℃を超えるような高
温でも安定であり、そのような温度で使用することもで
きる。
【００２２】図２に示すように、一般式（１）で示され
る材料は、Ｃｏの原子比であるｃ値が増大するほど電気
伝導性は高くなる。これは、Ｃｏ元素が遷移金属であ
り、原子価の変動によりｎ型又はｐ型の電子性電気伝導
を発現し易いため、この原子が多くなるほど電子性電気
伝導が増大して、電気伝導性が高くなるためである。従
ってそれに伴って、酸化物イオン伝導性の割合（イオン
輸率）は低下することになる。具体的に、ｃ値が０．１
５以下の５元系複合酸化物であれば、イオン輸率が０．
７以上となり、特にｃ値が０．１０以下であるとイオン
輸率は０．９以上と高い酸化物イオン伝導体として機能
する。但し、この場合はＢサイトに非遷移金属であるＢ
元素がある程度含まれていないと、電子性電気伝導の寄
与の割合を０．３以下に維持できない。
る材料は、Ｃｏの原子比であるｃ値が増大するほど電気
伝導性は高くなる。これは、Ｃｏ元素が遷移金属であ
り、原子価の変動によりｎ型又はｐ型の電子性電気伝導
を発現し易いため、この原子が多くなるほど電子性電気
伝導が増大して、電気伝導性が高くなるためである。従
ってそれに伴って、酸化物イオン伝導性の割合（イオン
輸率）は低下することになる。具体的に、ｃ値が０．１
５以下の５元系複合酸化物であれば、イオン輸率が０．
７以上となり、特にｃ値が０．１０以下であるとイオン
輸率は０．９以上と高い酸化物イオン伝導体として機能
する。但し、この場合はＢサイトに非遷移金属であるＢ
元素がある程度含まれていないと、電子性電気伝導の寄
与の割合を０．３以下に維持できない。
【００２３】逆に、ｃ値が０．１５を超えると、イオン
輸率が０．７以下に下がって、電子−イオン混合伝導体
として機能するようになる。注目すべきことに、Ｍｇ
（Ｂ元素）が完全にＣｏで置換された４元系の複合酸化
物でも、イオン輸率は約０．３にとどまり、なお電子−
イオン混合伝導体（即ち、酸化物イオン混合伝導体）と
して十分に機能し、伝導性は最も高くなる。第１電解質
層１６ａ及び第２電解質層１６ｂは、上記の一般式
（１）で示されるランタンガレート系酸化物でそれぞれ
作られるが、第１電解質層１６ａのコバルト添加量は第
２電解質層１６ｂのコバルト添加量より小さいように調
整され、第１電解質層１６ａはイオン輸率が第２電解質
層に比較して高く作られ、第２電解質層１６ｂは導電率
が第１電解質層１６ａに比較して高く作られる。このよ
うな第１電解質層１６ａ及び第２電解質層１６ｂは積層
されて固体電解質層１６が形成される。
輸率が０．７以下に下がって、電子−イオン混合伝導体
として機能するようになる。注目すべきことに、Ｍｇ
（Ｂ元素）が完全にＣｏで置換された４元系の複合酸化
物でも、イオン輸率は約０．３にとどまり、なお電子−
イオン混合伝導体（即ち、酸化物イオン混合伝導体）と
して十分に機能し、伝導性は最も高くなる。第１電解質
層１６ａ及び第２電解質層１６ｂは、上記の一般式
（１）で示されるランタンガレート系酸化物でそれぞれ
作られるが、第１電解質層１６ａのコバルト添加量は第
２電解質層１６ｂのコバルト添加量より小さいように調
整され、第１電解質層１６ａはイオン輸率が第２電解質
層に比較して高く作られ、第２電解質層１６ｂは導電率
が第１電解質層１６ａに比較して高く作られる。このよ
うな第１電解質層１６ａ及び第２電解質層１６ｂは積層
されて固体電解質層１６が形成される。
【００２４】第１電解質層１６ａと第２電解質層１６ｂ
の積層は、両膜ともグリーンシートの状態で、例えば熱
圧着により積層してから一括焼成してもよく、また、焼
成した第１又は第２電解質層１６ａ，１６ｂの上に第２
又は第１電解質層１６ｂ，１６ａをスラリーコーティン
グ法、又はスクリーン印刷法等の方法により積層して焼
成してもよい。焼成工程が少ないという点では、一括焼
成が有利である。第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂ
の成形方法としては、ドクターブレイド法以外に、圧縮
成形、静水圧プレス、鋳込成形なども利用できる。ま
た、例えば、一方の膜は、他方の膜のグリーンシートの
上に、スラリーコーティング或いはドクターブレイドコ
ーティング等の方法で直接成形することもできる。ま
た、焼結体の上にスラリーコーティング或いはスクリー
ン印刷或いは溶射などの方法を利用して、直接形成する
こともできる。
の積層は、両膜ともグリーンシートの状態で、例えば熱
圧着により積層してから一括焼成してもよく、また、焼
成した第１又は第２電解質層１６ａ，１６ｂの上に第２
又は第１電解質層１６ｂ，１６ａをスラリーコーティン
グ法、又はスクリーン印刷法等の方法により積層して焼
成してもよい。焼成工程が少ないという点では、一括焼
成が有利である。第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂ
の成形方法としては、ドクターブレイド法以外に、圧縮
成形、静水圧プレス、鋳込成形なども利用できる。ま
た、例えば、一方の膜は、他方の膜のグリーンシートの
上に、スラリーコーティング或いはドクターブレイドコ
ーティング等の方法で直接成形することもできる。ま
た、焼結体の上にスラリーコーティング或いはスクリー
ン印刷或いは溶射などの方法を利用して、直接形成する
こともできる。
【００２５】また第１及び第２電解質層１６ａ，１６ｂ
は、上記の方法以外に、単一組成の電解質のグリーンシ
ートを焼成する際にグリーンシート上面にアルミナセッ
ターを置いて焼成することにより作製することができ
る。即ち、この焼成によりグリーンシート中にコバルト
がアルミナセッターに移動し、固体電解質層１６におい
てアルミナセッターを被せた上面側にコバルト量の少な
い第１電解質層１６ａが形成され、固体電解質層１６の
残部が第２電解質層１６ｂになる。また焼成温度や焼成
時間を変化させることにより、第１電解質層１６ａのコ
バルト量や膜厚を変化させることもできる。
は、上記の方法以外に、単一組成の電解質のグリーンシ
ートを焼成する際にグリーンシート上面にアルミナセッ
ターを置いて焼成することにより作製することができ
る。即ち、この焼成によりグリーンシート中にコバルト
がアルミナセッターに移動し、固体電解質層１６におい
てアルミナセッターを被せた上面側にコバルト量の少な
い第１電解質層１６ａが形成され、固体電解質層１６の
残部が第２電解質層１６ｂになる。また焼成温度や焼成
時間を変化させることにより、第１電解質層１６ａのコ
バルト量や膜厚を変化させることもできる。
【００２６】焼成後で、第１電解質層１６ａの厚さが第
２電解質層１６ｂの厚さの１％〜２０％であって、固体
電解質層１６全体の厚みは１μｍ以上５００μｍ以下に
設定される。第１電解質層１６ａと第２電解質層１６ｂ
とを積層した状態で熱処理を施して両者を一体化させ
る。熱処理条件は、特に制限されないが、好ましい熱処
理温度は１１００〜１５００℃の範囲である。この温度
での熱処理は一般に１〜１００時間の範囲で行われる。
熱処理雰囲気は空気で十分であるが、不活性ガス雰囲気
でもよい。このように作られた固体電解質層１６の第１
電解質層１６ａに空気極層１４を積層し、第２電解質層
１６ｂに燃料極層１３を積層して固体酸化物型燃料電池
１１が形成される。また図示しないが、固体電解質層の
第２電解質層に空気極層を積層し、第１電解質層に燃料
極層を積層して固体酸化物型燃料電池を形成してもよ
い。上記積層の仕方に拘らず、形成された燃料電池はそ
れぞれ同等の発電性能が得られる。
２電解質層１６ｂの厚さの１％〜２０％であって、固体
電解質層１６全体の厚みは１μｍ以上５００μｍ以下に
設定される。第１電解質層１６ａと第２電解質層１６ｂ
とを積層した状態で熱処理を施して両者を一体化させ
る。熱処理条件は、特に制限されないが、好ましい熱処
理温度は１１００〜１５００℃の範囲である。この温度
での熱処理は一般に１〜１００時間の範囲で行われる。
熱処理雰囲気は空気で十分であるが、不活性ガス雰囲気
でもよい。このように作られた固体電解質層１６の第１
電解質層１６ａに空気極層１４を積層し、第２電解質層
１６ｂに燃料極層１３を積層して固体酸化物型燃料電池
１１が形成される。また図示しないが、固体電解質層の
第２電解質層に空気極層を積層し、第１電解質層に燃料
極層を積層して固体酸化物型燃料電池を形成してもよ
い。上記積層の仕方に拘らず、形成された燃料電池はそ
れぞれ同等の発電性能が得られる。
【００２７】このように構成された固体酸化物型燃料電
池の動作を説明する。空気極層１４側に供給された酸素
は、空気極層１４内の気孔を通って固体電解質層１６と
の界面近傍に到達し、この部分で、空気極から電子を受
け取って、酸化物イオン (Ｏ2-) にイオン化される。こ
の酸化物イオンは、第１電解質層１６ａ側から燃料極の
方向に向かって固体電解質層１６内を拡散移動する。こ
こで第１電解質層１６ａはコバルトの添加量を小さくし
てイオン輸率を比較的高くしている関係上、全伝導度が
第２電解質層１６ｂに比較して低いけれども、第１電解
質層１６ａの厚さは第２電解質層１６ｂの厚さの１％〜
２０％であり、非常に薄いため、固体電解質層１６全体
の全伝導度に対する第１電解質層１６ａの割合は著しく
低いため、固体電解質層１６全体から見た全導電度の低
下は抑制され、その全伝導度は比較的高い値に維持され
て酸化物イオンは、第１電解質層１６ａから第２電解質
層１６ｂに移動する。
池の動作を説明する。空気極層１４側に供給された酸素
は、空気極層１４内の気孔を通って固体電解質層１６と
の界面近傍に到達し、この部分で、空気極から電子を受
け取って、酸化物イオン (Ｏ2-) にイオン化される。こ
の酸化物イオンは、第１電解質層１６ａ側から燃料極の
方向に向かって固体電解質層１６内を拡散移動する。こ
こで第１電解質層１６ａはコバルトの添加量を小さくし
てイオン輸率を比較的高くしている関係上、全伝導度が
第２電解質層１６ｂに比較して低いけれども、第１電解
質層１６ａの厚さは第２電解質層１６ｂの厚さの１％〜
２０％であり、非常に薄いため、固体電解質層１６全体
の全伝導度に対する第１電解質層１６ａの割合は著しく
低いため、固体電解質層１６全体から見た全導電度の低
下は抑制され、その全伝導度は比較的高い値に維持され
て酸化物イオンは、第１電解質層１６ａから第２電解質
層１６ｂに移動する。
【００２８】第１電解質層１６ａ側から第２電解質層１
６ｂに移動した酸化物イオンはこの第２電解質層１６ｂ
を更に通過する。ここで、第２電解質層１６ｂはコバル
トの添加量が第１電解質層１６ａより多く、全伝導度が
第１電解質層１６ａに比較して高い。このため、第２電
解質層１６ｂの厚さが第１電解質層１６ａの厚さより厚
くても、第１電解質層１６ａ側から第２電解質層１６ｂ
に移動した酸化物イオンは著しい抵抗を受けることなく
燃料極との界面近傍に到達する。第２電解質層１６ｂと
燃料極層１３との界面近傍に到達した酸化物イオンは、
この部分で燃料ガスと反応して反応生成物 (Ｈ2Ｏ、Ｃ
Ｏ2 等) を生じ、燃料極に電子を放出する。この電子は
燃料極層１３と空気極層１４間に接続された負荷に電流
として流れて燃料電池本来の機能を発揮する。一方、第
２電解質層１６ｂは全伝導度が高いため、放出された電
子の一部は燃料極層１３からこの第２電解質層１６ｂに
戻り空気極層１４側に移動しようとする。しかし、第２
電解質層１６ｂを空気極層１４側に電子が移動しても、
第２電解質層１６ｂと空気極層１４の間には薄い第１電
解質層１６ａが存在する。この第１電解質層１６ａはコ
バルトの添加量を小さくしてイオン輸率を比較的高くし
ているため、電子伝導度は極めて低い。このため電子は
燃料極層１３から固体電解質層１６を通過して空気極層
１４に移動することはできず、第２電解質層１６ｂ中を
更に移動して最終的に燃料極層１３からこれに接続され
た負荷に電流として流れる。
６ｂに移動した酸化物イオンはこの第２電解質層１６ｂ
を更に通過する。ここで、第２電解質層１６ｂはコバル
トの添加量が第１電解質層１６ａより多く、全伝導度が
第１電解質層１６ａに比較して高い。このため、第２電
解質層１６ｂの厚さが第１電解質層１６ａの厚さより厚
くても、第１電解質層１６ａ側から第２電解質層１６ｂ
に移動した酸化物イオンは著しい抵抗を受けることなく
燃料極との界面近傍に到達する。第２電解質層１６ｂと
燃料極層１３との界面近傍に到達した酸化物イオンは、
この部分で燃料ガスと反応して反応生成物 (Ｈ2Ｏ、Ｃ
Ｏ2 等) を生じ、燃料極に電子を放出する。この電子は
燃料極層１３と空気極層１４間に接続された負荷に電流
として流れて燃料電池本来の機能を発揮する。一方、第
２電解質層１６ｂは全伝導度が高いため、放出された電
子の一部は燃料極層１３からこの第２電解質層１６ｂに
戻り空気極層１４側に移動しようとする。しかし、第２
電解質層１６ｂを空気極層１４側に電子が移動しても、
第２電解質層１６ｂと空気極層１４の間には薄い第１電
解質層１６ａが存在する。この第１電解質層１６ａはコ
バルトの添加量を小さくしてイオン輸率を比較的高くし
ているため、電子伝導度は極めて低い。このため電子は
燃料極層１３から固体電解質層１６を通過して空気極層
１４に移動することはできず、第２電解質層１６ｂ中を
更に移動して最終的に燃料極層１３からこれに接続され
た負荷に電流として流れる。
【００２９】
【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく
説明する。 ＜実施例１＞図１に示すように、直径が７５ｍｍ、厚さ
が６０μｍの燃料極層１３と、直径が７５ｍｍ、厚さが
１００μｍの固体電解質層１６と、直径が７５ｍｍ、厚
さが４０μｍの空気極層１４とを積層してφ７５ｍｍの
燃料電池１１を形成した。空気極層１４はＳｍ0.5Ｓｒ
0.5ＣｏＯ3-dという組成を有する酸化物イオン混合伝導
体を使用し、燃料極層１３はＮｉとＣｅ0.8Ｓｍ0.2Ｏ2
という組成を有する化合物との混合体を使用した。一
方、固体電解質層１６は第１電解質層１６ａと第２電解
質層１６ｂとを積層して形成し、第１電解質層はＬａ
0.75Ｓｒ0.15Ｇａ0.775Ｍｇ0.125Ｃｏ0.1Ｏ3-dという組
成を有する化合物を使用し、第２電解質層はＬａ0.8Ｓ
ｒ0.2Ｇａ0.8Ｍｇ0.15Ｃｏ0.05Ｏ3-dという組成を有す
る酸化物イオン伝導体を使用した。
説明する。 ＜実施例１＞図１に示すように、直径が７５ｍｍ、厚さ
が６０μｍの燃料極層１３と、直径が７５ｍｍ、厚さが
１００μｍの固体電解質層１６と、直径が７５ｍｍ、厚
さが４０μｍの空気極層１４とを積層してφ７５ｍｍの
燃料電池１１を形成した。空気極層１４はＳｍ0.5Ｓｒ
0.5ＣｏＯ3-dという組成を有する酸化物イオン混合伝導
体を使用し、燃料極層１３はＮｉとＣｅ0.8Ｓｍ0.2Ｏ2
という組成を有する化合物との混合体を使用した。一
方、固体電解質層１６は第１電解質層１６ａと第２電解
質層１６ｂとを積層して形成し、第１電解質層はＬａ
0.75Ｓｒ0.15Ｇａ0.775Ｍｇ0.125Ｃｏ0.1Ｏ3-dという組
成を有する化合物を使用し、第２電解質層はＬａ0.8Ｓ
ｒ0.2Ｇａ0.8Ｍｇ0.15Ｃｏ0.05Ｏ3-dという組成を有す
る酸化物イオン伝導体を使用した。
【００３０】固体電解質層の具体的形成手順は粉末原料
を上述した割合でそれぞれ配合し、よく混合した原料混
合物を別々に９００〜１２００℃で予備焼成し、得られ
た仮焼体をボールミルにより粉砕し、その後バインダ及
び溶剤等を加えてスラリーを作製した。このように別々
に作られたスラリーを用い、ドクターブレード法により
第１及び第２電解質層となるグリーンシートを積層され
た状態で同時に成形した。このように形成されたグリー
ンシートをその後乾燥空気中で十分乾燥させた後、１３
００℃〜１５００℃で焼結して固体電解質層を形成し
た。得られた固体電解質層１６の厚さは１００μｍであ
った。また、第１電解層の厚さは５μｍであり第２電解
質層の厚さに対する第１電解質層の厚さの比は５％であ
った。その後この固体電解質層の第２電解質層１６ｂに
燃料極層を１０００℃〜１２００℃で焼き付け、この第
１電解質層１６ａに空気極層を８００℃〜１１００℃で
焼き付けて燃料電池を得た。このようにして得られた燃
料電池を実施例１とした。
を上述した割合でそれぞれ配合し、よく混合した原料混
合物を別々に９００〜１２００℃で予備焼成し、得られ
た仮焼体をボールミルにより粉砕し、その後バインダ及
び溶剤等を加えてスラリーを作製した。このように別々
に作られたスラリーを用い、ドクターブレード法により
第１及び第２電解質層となるグリーンシートを積層され
た状態で同時に成形した。このように形成されたグリー
ンシートをその後乾燥空気中で十分乾燥させた後、１３
００℃〜１５００℃で焼結して固体電解質層を形成し
た。得られた固体電解質層１６の厚さは１００μｍであ
った。また、第１電解層の厚さは５μｍであり第２電解
質層の厚さに対する第１電解質層の厚さの比は５％であ
った。その後この固体電解質層の第２電解質層１６ｂに
燃料極層を１０００℃〜１２００℃で焼き付け、この第
１電解質層１６ａに空気極層を８００℃〜１１００℃で
焼き付けて燃料電池を得た。このようにして得られた燃
料電池を実施例１とした。
【００３１】＜実施例２＞単一組成であるＬａ0.9Ｓｒ
0.1Ｇａ0.8Ｍｇ0.12Ｃｏ0.08Ｏ3-dのグリーンシートの
片面にアルミナセッターを被せて焼成した。これにより
このシートのアルミナセッターを被せた側にコバルト量
の少ない第１電解質層１６ａが形成され、このシートの
残部が第２電解質層１６ｂになった。この第１及び第２
電解質層１６ａ，１６ｂからなる全厚１００μｍの固体
電解質層１６を用いて実施例１と同様に燃料電池を得
た。このようにして得られた燃料電池を実施例２とし
た。この方法によって作製した固体電解質層１６の断面
をＥＰＭＡ（Electron Probe MicroAnalysis）分析によ
って各元素を定量分析した。その結果を表１に示す。表
１ではアルミナセッターを被せた固体電解質層１６の表
面からの深さｄにおける各元素の分析量を示している。
表１から明らかなように、深さ１５μｍまでは第１電解
質層が形成され、残部は第２電解質層により形成されて
いた。
0.1Ｇａ0.8Ｍｇ0.12Ｃｏ0.08Ｏ3-dのグリーンシートの
片面にアルミナセッターを被せて焼成した。これにより
このシートのアルミナセッターを被せた側にコバルト量
の少ない第１電解質層１６ａが形成され、このシートの
残部が第２電解質層１６ｂになった。この第１及び第２
電解質層１６ａ，１６ｂからなる全厚１００μｍの固体
電解質層１６を用いて実施例１と同様に燃料電池を得
た。このようにして得られた燃料電池を実施例２とし
た。この方法によって作製した固体電解質層１６の断面
をＥＰＭＡ（Electron Probe MicroAnalysis）分析によ
って各元素を定量分析した。その結果を表１に示す。表
１ではアルミナセッターを被せた固体電解質層１６の表
面からの深さｄにおける各元素の分析量を示している。
表１から明らかなように、深さ１５μｍまでは第１電解
質層が形成され、残部は第２電解質層により形成されて
いた。
【００３２】
【表１】
【００３３】＜実施例３＞固体電解質層の第１電解質層
１６ａに燃料極層を１０００℃〜１２００℃で焼き付
け、この第２電解質層１６ｂに空気極層を８００℃〜１
１００℃で焼き付けた以外、実施例１と同様にして燃料
電池を得た。このようにして得られた燃料電池を実施例
３とした。
１６ａに燃料極層を１０００℃〜１２００℃で焼き付
け、この第２電解質層１６ｂに空気極層を８００℃〜１
１００℃で焼き付けた以外、実施例１と同様にして燃料
電池を得た。このようにして得られた燃料電池を実施例
３とした。
【００３４】＜比較例１＞第１電解質層が形成されなか
ったことを除いて、実施例１と同様に燃料電池を形成し
た。この時の第２電解質層からなる固体電解質層１６の
厚さは実施例１と同様に１００μｍとした。この燃料電
池を比較例１とした。 ＜比較例２＞第２電解質層が形成されなかったことを除
いて、実施例１と同様に燃料電池を形成した。この時の
第１電解質層からなる固体電解質層１６の厚さは実施例
１と同様に１００μｍとした。この燃料電池を比較例２
とした。 ＜比較例３＞固体電解質層がＹＳＺから構成されたこと
を除いて、実施例１と同様に燃料電池を形成した。この
時のＹＳＺからなる固体電解質層１６の厚さは実施例１
と同様に１００μｍとした。この燃料電池を比較例３と
した。 ＜比較試験＞実施例１〜３及び比較例１〜３の６５０℃
の各燃料電池の雰囲気中における発電性能を、燃料ガス
として水素、酸化剤ガスとして空気をそれぞれ用い、ま
た固体電解質層の厚さをそれぞれ１００μｍの一定にし
て、測定した。実施例１〜３の結果を図３〜図５に、比
較例１〜３の結果を図６〜図８にそれぞれ示す。
ったことを除いて、実施例１と同様に燃料電池を形成し
た。この時の第２電解質層からなる固体電解質層１６の
厚さは実施例１と同様に１００μｍとした。この燃料電
池を比較例１とした。 ＜比較例２＞第２電解質層が形成されなかったことを除
いて、実施例１と同様に燃料電池を形成した。この時の
第１電解質層からなる固体電解質層１６の厚さは実施例
１と同様に１００μｍとした。この燃料電池を比較例２
とした。 ＜比較例３＞固体電解質層がＹＳＺから構成されたこと
を除いて、実施例１と同様に燃料電池を形成した。この
時のＹＳＺからなる固体電解質層１６の厚さは実施例１
と同様に１００μｍとした。この燃料電池を比較例３と
した。 ＜比較試験＞実施例１〜３及び比較例１〜３の６５０℃
の各燃料電池の雰囲気中における発電性能を、燃料ガス
として水素、酸化剤ガスとして空気をそれぞれ用い、ま
た固体電解質層の厚さをそれぞれ１００μｍの一定にし
て、測定した。実施例１〜３の結果を図３〜図５に、比
較例１〜３の結果を図６〜図８にそれぞれ示す。
【００３５】＜評価＞固体電解質層がＹＳＺから構成さ
れた比較例３（図８）における発電性能は、固体電解質
層がランタンガレート系酸化物から構成された実施例１
（図３）、実施例２（図４）、実施例３（図５）、比較
例１（図６）及び比較例２（図７）に比較して著しく低
下していることが判る。これはランタンガレート系酸化
物の低温におけるイオン輸率がＹＳＺにおけるイオン輸
率に比較して高いことに起因するものと考えられる。一
方、固体電解質層をランタンガレート系酸化物から構成
した比較例１及び２であっても、その発電性能は実施例
１〜実施例３に及んでいないことが判る。これは、比較
例２では固体電解質層自体の全伝導度自体が低下してい
ることに起因するものと考えられる。一方、比較例１で
は全伝導度に対するイオン輸率が低下していることに起
因するものと考えられる。以上の内容から本発明では全
伝導度及びその伝導度におけるイオン輸率は従来のラン
タンガレート系酸化物の単体からなる固体電解質層を有
する酸化物燃料電池に比較してその効率が高められるこ
とが判る。
れた比較例３（図８）における発電性能は、固体電解質
層がランタンガレート系酸化物から構成された実施例１
（図３）、実施例２（図４）、実施例３（図５）、比較
例１（図６）及び比較例２（図７）に比較して著しく低
下していることが判る。これはランタンガレート系酸化
物の低温におけるイオン輸率がＹＳＺにおけるイオン輸
率に比較して高いことに起因するものと考えられる。一
方、固体電解質層をランタンガレート系酸化物から構成
した比較例１及び２であっても、その発電性能は実施例
１〜実施例３に及んでいないことが判る。これは、比較
例２では固体電解質層自体の全伝導度自体が低下してい
ることに起因するものと考えられる。一方、比較例１で
は全伝導度に対するイオン輸率が低下していることに起
因するものと考えられる。以上の内容から本発明では全
伝導度及びその伝導度におけるイオン輸率は従来のラン
タンガレート系酸化物の単体からなる固体電解質層を有
する酸化物燃料電池に比較してその効率が高められるこ
とが判る。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、固
体電解質層がランタンガレート系酸化物からなりかつイ
オン輸率が第２電解質層に比較して高い第１電解質層と
ランタンガレート系酸化物からなりかつ導電率が第１電
解質層に比較してイオン輸率が高い第２電解質層とを隣
接して形成したので、従来のＹＳＺからなる固体電解質
層と比較して高い全電気伝導度が得られ、固体酸化物型
燃料電池の作動温度をＹＳＺを使用した従来の燃料電池
に比較して低下させることができる。また、燃料極層か
ら第２電解質層を通過して空気極層側に移動しようとす
る電子を、第１電解質層が阻害するので、固体電解質層
全体におけるイオン伝導度を著しく向上させることがで
きる。
体電解質層がランタンガレート系酸化物からなりかつイ
オン輸率が第２電解質層に比較して高い第１電解質層と
ランタンガレート系酸化物からなりかつ導電率が第１電
解質層に比較してイオン輸率が高い第２電解質層とを隣
接して形成したので、従来のＹＳＺからなる固体電解質
層と比較して高い全電気伝導度が得られ、固体酸化物型
燃料電池の作動温度をＹＳＺを使用した従来の燃料電池
に比較して低下させることができる。また、燃料極層か
ら第２電解質層を通過して空気極層側に移動しようとす
る電子を、第１電解質層が阻害するので、固体電解質層
全体におけるイオン伝導度を著しく向上させることがで
きる。
【００３７】また、第１及び第２電解質層をＬａ1-a Ａ
a Ｇａ1-(b+c) Ｂb Ｃｏc Ｏ3 で示される材料からそれ
ぞれ構成し、第１電解質層のコバルト添加量を第２電解
質層のコバルト添加量より小さくすれば、第２電解質層
に比較してイオン輸率が高い第１電解質層を比較的容易
かつ確実に得ることができる。更に、第１電解質層の厚
さを固体電解質層の厚さの１％〜２０％にすれば、固体
電解質層の全体の厚さに対する第１電解質層の割合が低
下し、第１電解質層における全伝導度は高められ、この
第１電解質層と第２電解質層を隣接させた固体電解質層
における全伝導度を比較的高く維持することができる。
この結果、本発明では、固体電解質層の隔壁としての機
能を損なうことなくそのイオン伝導度を高めて固体酸化
物型燃料電池の効率を十分に向上することができる。
a Ｇａ1-(b+c) Ｂb Ｃｏc Ｏ3 で示される材料からそれ
ぞれ構成し、第１電解質層のコバルト添加量を第２電解
質層のコバルト添加量より小さくすれば、第２電解質層
に比較してイオン輸率が高い第１電解質層を比較的容易
かつ確実に得ることができる。更に、第１電解質層の厚
さを固体電解質層の厚さの１％〜２０％にすれば、固体
電解質層の全体の厚さに対する第１電解質層の割合が低
下し、第１電解質層における全伝導度は高められ、この
第１電解質層と第２電解質層を隣接させた固体電解質層
における全伝導度を比較的高く維持することができる。
この結果、本発明では、固体電解質層の隔壁としての機
能を損なうことなくそのイオン伝導度を高めて固体酸化
物型燃料電池の効率を十分に向上することができる。
【図１】本発明の固体酸化物型燃料電池を示す要部断面
構成図。
構成図。
【図２】５／４元系複合酸化物からなる酸化物イオン伝
導体の遷移金属と電気伝導性及びイオン輸率との関係を
示すグラフ。
導体の遷移金属と電気伝導性及びイオン輸率との関係を
示すグラフ。
【図３】本発明の実施例１における燃料電池の発電性能
を示す図。
を示す図。
【図４】本発明の実施例２における燃料電池の発電性能
を示す図。
を示す図。
【図５】本発明の実施例３における燃料電池の発電性能
を示す図。
を示す図。
【図６】本発明の比較例１における燃料電池の発電性能
を示す図。
を示す図。
【図７】本発明の比較例２における燃料電池の発電性能
を示す図。
を示す図。
【図８】本発明の比較例３における燃料電池の発電性能
を示す図。
を示す図。
【図９】（ａ）は円筒型の固体酸化物型燃料電池の単燃
料電池を示す斜視図であり、（ｂ）は平板型の固体酸化
物型燃料電池の単燃料電池を分解した斜視図である。
料電池を示す斜視図であり、（ｂ）は平板型の固体酸化
物型燃料電池の単燃料電池を分解した斜視図である。
１１ 固体酸化物燃料電池 １３ 燃料極層 １４ 空気極層 １６ 固体電解質層 １６ａ 第１電解質層 １６ｂ 第２電解質層
Claims (4)
- 【請求項１】 空気極層(14)と燃料極層(13)の間に固体
電解質層(16)が配された積層構造を有する固体酸化物燃
料電池(11)において、 前記固体電解質層(16)はランタンガレート系酸化物から
なりかつ第１イオン輸率及び第１導電率を有する第１電
解質層(16a)とランタンガレート系酸化物からなりかつ
前記第１イオン輸率より低い第２イオン輸率及び前記第
１導電率より高い第２導電率を有する第２電解質層(16
b)とが隣接して形成され、 前記空気極層(14)が前記第１電解質層(16a)又は前記第
２電解質層(16b)に積層され、 前記燃料極層(13)が前記第２電解質層(16b)又は前記第
１電解質層(16a)に積層されたことを特徴とする固体酸
化物型燃料電池。 - 【請求項２】 第１及び第２電解質層(16a,16b)がＬａ
1-a Ａa Ｇａ1-(b+c) Ｂb Ｃｏc Ｏ3 で示される材料か
らそれぞれ構成され、かつ第１電解質層(16a)のコバル
ト添加量が零であるか又は第２電解質層(16b)のコバル
ト添加量の８０％以下である請求項１記載の固体酸化物
型燃料電池。但し、式中 ＡはＳｒ、Ｃａ、Ｂａの１種もしくは２種以上、 ＢはＭｇ、Ａｌ、Ｉｎの１種もしくは２種以上、 ａは０．０５〜０．３、 ｂは０〜０．３、 ｃは０〜０．２、 （ｂ＋ｃ）は０．０２５〜０．３である。 - 【請求項３】 第１及び第２電解質層(16a,16b)を隣接
させて構成された固体電解質層(16)の厚さが１μｍ以上
５００μｍ以下であって、前記第１電解質層(16a)の厚
さが前記固体電解質層(16)の厚さの１％〜２０％である
請求項２記載の固体酸化物型燃料電池。 - 【請求項４】 第１電解質層(16a)と第２電解質層(16b)
が隣接する領域においてコバルトの含有量が前記第２電
解質層(16b)から前記第１電解質層(16a)にかけて漸減す
る請求項２又は３記載の固体酸化物型燃料電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000193750A JP4517466B2 (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 固体酸化物型燃料電池 |
| AU54079/01A AU5407901A (en) | 2000-06-28 | 2001-06-27 | Solid oxide fuel cell |
| US09/891,501 US7033690B1 (en) | 2000-06-28 | 2001-06-27 | Solid oxide fuel cell |
| EP01114836A EP1168478A3 (en) | 2000-06-28 | 2001-06-28 | Solid oxide electrolyte fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000193750A JP4517466B2 (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 固体酸化物型燃料電池 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002015756A true JP2002015756A (ja) | 2002-01-18 |
| JP2002015756A5 JP2002015756A5 (ja) | 2006-06-15 |
| JP4517466B2 JP4517466B2 (ja) | 2010-08-04 |
Family
ID=18692690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000193750A Expired - Lifetime JP4517466B2 (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 固体酸化物型燃料電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7033690B1 (ja) |
| EP (1) | EP1168478A3 (ja) |
| JP (1) | JP4517466B2 (ja) |
| AU (1) | AU5407901A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005085522A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Mitsubishi Materials Corp | 支持膜式固体酸化物形燃料電池 |
| JP2005228740A (ja) * | 2004-01-16 | 2005-08-25 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
| JP2007073272A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Noritake Co Ltd | 非電子伝導性組成傾斜型固体電解質膜 |
| JP2008108659A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電気化学リアクター |
| US7462412B2 (en) | 2005-03-04 | 2008-12-09 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US7569292B2 (en) | 2005-03-04 | 2009-08-04 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| DE112006004086T5 (de) | 2006-10-26 | 2009-09-10 | Toto Ltd., Kita-Kyushu | Festoxid-Brennstoffzelle |
| US7851103B2 (en) | 2006-10-26 | 2010-12-14 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell with lanthanum-gallate oxide and having high output performance |
| WO2012061965A1 (zh) * | 2010-11-08 | 2012-05-18 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种电解质隔膜、电化学装置和固体氧化物燃料电池 |
| WO2012137682A1 (ja) | 2011-04-01 | 2012-10-11 | Toto株式会社 | セリウム系複合酸化物の製造方法、固体酸化物型燃料電池セル、及び燃料電池システム |
| CN103493268A (zh) * | 2011-04-12 | 2014-01-01 | Toto株式会社 | 固体电解质型燃料电池 |
| EP2713429A1 (en) | 2012-09-28 | 2014-04-02 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell comprising a porous forsterite support and a LSGM electrolyte |
| US8765325B2 (en) | 2012-09-14 | 2014-07-01 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell and method for producing the same |
| US8778559B2 (en) | 2012-09-14 | 2014-07-15 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell and method for producing the same |
| US9461327B2 (en) | 2013-03-28 | 2016-10-04 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell and method for producing the same |
| US9478811B2 (en) | 2013-03-28 | 2016-10-25 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell and method for producing the same |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4211254B2 (ja) | 2001-12-04 | 2009-01-21 | 関西電力株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2003257437A (ja) * | 2002-03-04 | 2003-09-12 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池の電極および固体酸化物形燃料電池 |
| EP1531511B1 (en) | 2003-11-12 | 2012-10-24 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrolyte-electrode assembly and method for producing the same |
| US20090011314A1 (en) * | 2007-07-05 | 2009-01-08 | Cheng-Chieh Chao | Electrode/electrolyte interfaces in solid oxide fuel cells |
| US8148031B2 (en) * | 2008-11-13 | 2012-04-03 | College Of William And Mary | Solid oxide proton conductor system and method of operating same for enhanced proton transport |
| US9093692B2 (en) * | 2013-08-14 | 2015-07-28 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Oxide-ion conductors and related composites and devices |
| TWI642229B (zh) * | 2015-12-02 | 2018-11-21 | 國立臺北科技大學 | Ceramic battery structure |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000113898A (ja) * | 1998-10-05 | 2000-04-21 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ＬａＧａＯ３系粉末の製造方法及びＬａＧａＯ３系焼結体の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4178610B2 (ja) | 1997-08-29 | 2008-11-12 | 祐作 滝田 | 酸化物イオン伝導体とその用途 |
| JP4119511B2 (ja) | 1998-02-06 | 2008-07-16 | 東京瓦斯株式会社 | 酸化物イオン導電性材料 |
| JP3777903B2 (ja) * | 1998-10-14 | 2006-05-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 電極−電解質間に傾斜組成を持つ固体酸化物型燃料電池 |
-
2000
- 2000-06-28 JP JP2000193750A patent/JP4517466B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-06-27 AU AU54079/01A patent/AU5407901A/en not_active Abandoned
- 2001-06-27 US US09/891,501 patent/US7033690B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-28 EP EP01114836A patent/EP1168478A3/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000113898A (ja) * | 1998-10-05 | 2000-04-21 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ＬａＧａＯ３系粉末の製造方法及びＬａＧａＯ３系焼結体の製造方法 |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005085522A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-03-31 | Mitsubishi Materials Corp | 支持膜式固体酸化物形燃料電池 |
| JP2005228740A (ja) * | 2004-01-16 | 2005-08-25 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
| US7462412B2 (en) | 2005-03-04 | 2008-12-09 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US7569292B2 (en) | 2005-03-04 | 2009-08-04 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| JP2007073272A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Noritake Co Ltd | 非電子伝導性組成傾斜型固体電解質膜 |
| DE112006004086T5 (de) | 2006-10-26 | 2009-09-10 | Toto Ltd., Kita-Kyushu | Festoxid-Brennstoffzelle |
| US7851103B2 (en) | 2006-10-26 | 2010-12-14 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell with lanthanum-gallate oxide and having high output performance |
| JP2008108659A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電気化学リアクター |
| WO2012061965A1 (zh) * | 2010-11-08 | 2012-05-18 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种电解质隔膜、电化学装置和固体氧化物燃料电池 |
| WO2012137682A1 (ja) | 2011-04-01 | 2012-10-11 | Toto株式会社 | セリウム系複合酸化物の製造方法、固体酸化物型燃料電池セル、及び燃料電池システム |
| CN103493268A (zh) * | 2011-04-12 | 2014-01-01 | Toto株式会社 | 固体电解质型燃料电池 |
| US8765325B2 (en) | 2012-09-14 | 2014-07-01 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell and method for producing the same |
| US8778559B2 (en) | 2012-09-14 | 2014-07-15 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell and method for producing the same |
| EP2713429A1 (en) | 2012-09-28 | 2014-04-02 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell comprising a porous forsterite support and a LSGM electrolyte |
| US9190689B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-11-17 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| US9461327B2 (en) | 2013-03-28 | 2016-10-04 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell and method for producing the same |
| US9478811B2 (en) | 2013-03-28 | 2016-10-25 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell and method for producing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1168478A3 (en) | 2004-12-15 |
| EP1168478A2 (en) | 2002-01-02 |
| US7033690B1 (en) | 2006-04-25 |
| AU5407901A (en) | 2002-01-03 |
| JP4517466B2 (ja) | 2010-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4517466B2 (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
| JP3777903B2 (ja) | 電極−電解質間に傾斜組成を持つ固体酸化物型燃料電池 | |
| KR101175599B1 (ko) | 인터커넥터용 재료, 셀간 분리 구조체 및 고체 전해질형 연료 전지 | |
| JP5247051B2 (ja) | 燃料電池セルおよび燃料電池セルスタック、ならびに燃料電池 | |
| JP5079991B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
| WO2019240297A1 (ja) | セル、セルスタック装置、モジュール及びモジュール収納装置 | |
| US10003088B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack | |
| JP4332639B2 (ja) | 燃料電池セル及びその製法 | |
| JP2007200664A (ja) | 固体電解質型燃料電池の製造方法 | |
| JP5288686B2 (ja) | 燃料電池用導電性焼結体及び燃料電池セル、燃料電池 | |
| JP2022009365A (ja) | セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置 | |
| JP2012074306A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用発電セル | |
| JP5272572B2 (ja) | インターコネクタ用材料、セル間分離構造体および固体電解質形燃料電池 | |
| JP4828104B2 (ja) | 燃料電池セル | |
| JP2000251533A (ja) | 酸化物イオン混合伝導体とその用途 | |
| US9755249B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack | |
| JP6654765B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池セルスタック | |
| JP2006059611A (ja) | セリア系固体電解質型燃料電池及びその製造方法 | |
| US20160093910A1 (en) | Solid oxide fuel cell stack | |
| JP2006059610A (ja) | 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 | |
| JP4913257B1 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| WO2015037618A1 (ja) | 燃料電池単セルおよびその製造方法 | |
| JP4579527B2 (ja) | 燃料電池セル、燃料電池及び燃料電池セルの製法 | |
| JP6712119B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池セルスタック | |
| JP6712118B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池セルスタック |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060331 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060426 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071001 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090908 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091106 |
|
| 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: 20100427 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100510 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130528 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4517466 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130528 Year of fee payment: 3 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |