JP2002313406A - Solid electrolytic type fuel cell and method of manufacturing electrode for solid electrolytic type fuel cell - Google Patents
Solid electrolytic type fuel cell and method of manufacturing electrode for solid electrolytic type fuel cellInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は固体電解質型燃料
電池および固体電解質型燃料電池用電極の製造方法に関
し、さらに詳しくは、耐熱性に優れた特性を有する電極
を備えた固体電解質型燃料電池に係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell and a method for manufacturing an electrode for a solid oxide fuel cell, and more particularly to a solid oxide fuel cell provided with an electrode having excellent heat resistance. Get involved.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、酸化物酸素導
伝体の両側に、酸化物または金属製の電極を備え、一方
の電極には酸化性ガス、他方の電極には燃料を供給する
ことによって、電気化学反応が進行することによって発
電する。2. Description of the Related Art A solid oxide fuel cell is provided with an oxide or metal electrode on both sides of an oxide oxygen conductor, one of which supplies an oxidizing gas and the other of which supplies a fuel. As a result, power is generated by the progress of the electrochemical reaction.
【0003】電極の機能としては、(1)導性があるこ
と、(2)ガスが透過すること、(3)電気化学反応を
進行させることが重要である。導性とガス透過性とを両
立させるためには、通常電極を多孔質体とする必要があ
る。また、十分なガス拡散性を有するためには、十分な
ポーラス性(気孔径、気孔率)が必要となる。また、
(3)の電気化学反応は、通常固体電解質材料(固相)
と電極材料(固相)と気孔(気相)の3点が接触する3
相界面で起こるが、(2)のガス拡散性を確保するため
に、電極粒子の径を大きくすると、反応場で3相界面が
減少してしまうというトレードオフの関係がある。It is important that the function of the electrode is (1) to have conductivity, (2) to allow gas to permeate, and (3) to allow the electrochemical reaction to proceed. In order to achieve both conductivity and gas permeability, the electrode usually needs to be a porous body. Further, in order to have sufficient gas diffusivity, sufficient porous properties (pore diameter, porosity) are required. Also,
The electrochemical reaction of (3) is usually performed using a solid electrolyte material (solid phase).
3 where the electrode, the electrode material (solid phase) and the pores (gas phase) are in contact.
Although it occurs at the phase interface, there is a trade-off relationship in that, if the diameter of the electrode particles is increased in order to secure the gas diffusibility of (2), the three-phase interface is reduced in the reaction field.
【0004】そこで、(2)のガス透過性と(3)の電
気化学反応性との性能を両立させる手法として、3相界
面付近の電極を微粒の電極材料で形成し、その他の部分
は粗粒の電極材料で形成する固体電解質型燃料電池用電
極が提案されている(例えば特開平1−227362号
公報)。この方法によれば、固体電解質との界面に存在
する電極層(以下、第1電極層という。)が微粒子で構
成されているために、3相界面が多く存在し、円滑に電
極反応が進行する。また、この部分(第1電極層)の厚
みが数十μm以下であるために、ガスの拡散には悪影響
が少ない。この第1電極層の外側には粗粒からなる電極
層(以下、第2電極層という。)が形成されているため
に、反応場である3相界面にまで反応が円滑に拡散して
到達することができる。また、この電極材料は、電極を
構成する粒子同士がそれぞれ接触しているために、材料
そのものに電子導電性があれば、電極層を通して電子の
やり取りが行える。したがって、このような従来の構成
を用いれば、電極が上記(1)、(2)、(3)の機能
を果たすことができる。Therefore, as a technique for achieving both the gas permeability of (2) and the electrochemical reactivity of (3), electrodes near the three-phase interface are formed of fine electrode material, and the other portions are rough. An electrode for a solid oxide fuel cell formed of a granular electrode material has been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-227362). According to this method, since the electrode layer existing at the interface with the solid electrolyte (hereinafter, referred to as the first electrode layer) is composed of fine particles, many three-phase interfaces exist, and the electrode reaction proceeds smoothly. I do. Further, since the thickness of this portion (first electrode layer) is several tens μm or less, there is little adverse effect on gas diffusion. Since an electrode layer made of coarse particles (hereinafter, referred to as a second electrode layer) is formed outside the first electrode layer, the reaction smoothly diffuses and reaches the three-phase interface as a reaction field. can do. Further, in this electrode material, since particles constituting the electrode are in contact with each other, if the material itself has electronic conductivity, electrons can be exchanged through the electrode layer. Therefore, if such a conventional configuration is used, the electrodes can fulfill the functions (1), (2), and (3) described above.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の構成では、図4に示すように、粗粒からなる第2電極
層は、比較的大きい粒子1と比較的小さい粒子2とから
なり、それぞれの粒子が細密化する傾向がある。この場
合でも、完全に孔がつぶれることはなく、ガス拡散性が
確保できるが、高温度条件に長時間晒されることによっ
て、粒子間のシンタリングが進行することによって、次
第にガス拡散孔が縮まり、ガス拡散性が低下し、さらに
は発電能力の低下が生じるという問題がある。However, in the above-described conventional configuration, as shown in FIG. 4, the second electrode layer made of coarse particles is composed of relatively large particles 1 and relatively small particles 2, Each particle tends to be finer. Even in this case, the gas does not completely collapse and the gas diffusibility can be ensured, but the gas diffusion holes gradually shrink due to the progress of sintering between particles due to prolonged exposure to high temperature conditions, There is a problem in that gas diffusivity is reduced and power generation capacity is further reduced.
【0006】そこで、本発明の目的は、高温度条件にお
ける長時間の耐久性を有する固体電解質型燃料電池およ
びそれに用いられる電極を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell having long-term durability under high temperature conditions and an electrode used for the same.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1記載の
発明は、固体電解質層の両面を挟む一対の電極を持つ固
体電解質型燃料電池であって、前記電極の前記固体電解
質層との界面に臨む材料層が多孔質構造を有し、前記材
料層が、前記電極の主材料と異なる組成または異なる粒
子形状を持つ副材料が混合されていることを特徴とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the invention according to claim 1 is a solid electrolyte fuel cell having a pair of electrodes sandwiching both surfaces of a solid electrolyte layer, wherein an interface between the electrodes and the solid electrolyte layer is provided. Has a porous structure, and the material layer is mixed with a sub-material having a different composition or a different particle shape from the main material of the electrode.
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の固
体電解質型燃料電池であって、前記材料層における前記
固体電解質層側の表面に、微粒子からなり、且つ前記材
料層より狭い細孔を有する多孔質構造を有する表面材料
層が形成されていることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided the solid oxide fuel cell according to the first aspect, wherein the surface of the material layer on the side of the solid electrolyte layer is made of fine particles and has pores narrower than the material layer. Wherein a surface material layer having a porous structure having the following structure is formed.
【0009】請求項3記載の発明は、請求項1または請
求項2に記載された固体電解質型燃料電池であって、前
記電極は、電子伝導性を有する前記主材料と高融点材料
との混合体からなることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell according to the first or second aspect, wherein the electrode comprises a mixture of the main material having electron conductivity and a high melting point material. It is characterized by being composed of a body.
【0010】請求項4記載の発明は、請求項3記載の固
体電解質型燃料電池であって、前記高融点材料は、融点
が1900℃以上であることを特徴とする。A fourth aspect of the present invention is the solid oxide fuel cell according to the third aspect, wherein the high melting point material has a melting point of 1900 ° C. or more.
【0011】請求項5記載の発明は、請求項3または請
求項4に記載された固体電解質型燃料電池であって、前
記一対の電極のうち一方の電極が空気極であり、他方の
電極が燃料極であり、前記一方の電極の主材料がLa−
Mn系ペロブスカイト型複合酸化物、La−Co系ペロ
ブスカイト型複合酸化物、La−Fe系ペロブスカイト
型複合酸化物およびそれらの元素置換ペロブスカイト型
複合酸化物、銀、白金のうち少なくとも一種類を含み、
前記他方の電極の主材料が鉄、コバルト、ニッケル、
銅、銀、白金、パラジウムのうち少なくとも一種類を含
むものであり、高融点材料が酸化アルミニウム、酸化カ
ルシウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化ジルコ
ニウム、酸化セリウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化
ホウ素、炭化チタンおよびその誘導体のうち少なくとも
一種類を含むことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the solid oxide fuel cell according to the third or fourth aspect, wherein one of the pair of electrodes is an air electrode and the other is an air electrode. A fuel electrode, wherein the main material of the one electrode is La-
Mn-based perovskite-type composite oxide, La-Co-based perovskite-type composite oxide, La-Fe-based perovskite-type composite oxide and their element-substituted perovskite-type composite oxide, silver, at least one of platinum,
The main material of the other electrode is iron, cobalt, nickel,
It contains at least one of copper, silver, platinum and palladium, and the high melting point material is aluminum oxide, calcium oxide, magnesium oxide, silicon oxide, zirconium oxide, cerium oxide, boron nitride, silicon nitride, boron carbide, carbonized It is characterized by containing at least one of titanium and its derivatives.
【0012】請求項6記載の発明は、請求項3乃至請求
項5のいずれかに記載された固体電解質型燃料電池であ
って、前記材料層に混合される高融点材料の混合比が、
20wt%以下であることを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the solid oxide fuel cell according to any one of the third to fifth aspects, the mixing ratio of the high melting point material mixed in the material layer is as follows:
It is characterized by being at most 20 wt%.
【0013】請求項7記載の発明は、請求項2乃至請求
項6のいずれかに記載された固体電解質型燃料電池であ
って、前記表面材料層は、針状結晶の電極材料と球状結
晶の電極材料との混合体からなることを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell device according to any one of the second to sixth aspects, wherein the surface material layer is formed of an acicular crystal electrode material and a spherical crystal. It is characterized by being composed of a mixture with an electrode material.
【0014】請求項8記載の発明は、請求項7記載の固
体電解質型燃料電池であって、前記球状結晶の電極材料
の短径と長径の比が3以下であり、前記針状結晶の電極
材料の短径と長径の比が3〜20であることを特徴とす
る。The invention according to claim 8 is the solid oxide fuel cell according to claim 7, wherein the ratio of the minor axis to the major axis of the electrode material of the spherical crystal is 3 or less, and The ratio of the minor axis to the major axis of the material is 3 to 20.
【0015】請求項9記載の発明は、請求項8記載の固
体電解質型燃料電池であって、前記針状結晶の電極材料
の導電率が作動温度域において102S・cm-1以上の
場合に、前記材料層に含まれる前記針状結晶の電極材料
の割合が50wt%以下であり、前記針状結晶の電極材
料の導電率が作動温度域において102S・cm-1以下
の場合に、前記材料層に含まれる前記針状結晶の電極材
料の割合が20wt%以下であることを特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the solid oxide fuel cell according to the eighth aspect, wherein the electric conductivity of the electrode material of the needle-shaped crystal is 10 2 S · cm −1 or more in an operating temperature range. In the case where the ratio of the electrode material of the needle-like crystal contained in the material layer is 50 wt% or less and the conductivity of the electrode material of the needle-like crystal is 10 2 S · cm −1 or less in an operating temperature range, The ratio of the electrode material of the needle-like crystals contained in the material layer is not more than 20 wt%.
【0016】請求項10記載の発明は、固体電解質層の
両面を挟む固体電解質型燃料電池用電極の製造方法であ
って、前記ガス拡散孔を持つ多孔質構造の材料層との表
面に、前記固体電解質層と接合する、微粒子からなり前
記ガス拡散孔よりも狭い細孔を持つ多孔質構造の表面材
料層を、PVD法、CVD法、EVD法、ゾルゲル法の
いずれかで形成することを特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode for a solid oxide fuel cell sandwiching both sides of a solid electrolyte layer, wherein the porous material layer having gas diffusion holes has A surface material layer having a porous structure, which is made of fine particles and has pores narrower than the gas diffusion pores, which is bonded to the solid electrolyte layer, is formed by any one of PVD, CVD, EVD, and sol-gel methods. And
【0017】請求項11記載の発明は、請求項10記載
の固体電解質型燃料電池用電極の製造方法であって、前
記表面材料層を形成した後に、該表面材料層上にスラリ
ーまたはペーストを印刷法またはスプレイ法にて塗布す
ることを特徴とする。According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing an electrode for a solid oxide fuel cell according to the tenth aspect, wherein after forming the surface material layer, a slurry or paste is printed on the surface material layer. It is characterized by being applied by a method or a spray method.
【0018】請求項12記載の発明は、請求項11記載
の固体電解質型燃料電池用電極の製造方法であって、前
記材料層を溶射法にて形成することを特徴とする。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an electrode for a solid oxide fuel cell according to the eleventh aspect, wherein the material layer is formed by a thermal spraying method.
【0019】[0019]
【発明の効果】請求項1〜請求項9に記載された発明に
よれば、ガス拡散性を有すべき電極層の材料層のシンタ
リングが進行するのを抑制することができ、長時間の発
電能力を発揮する効果がある。According to the first to ninth aspects of the present invention, it is possible to suppress the sintering of the material layer of the electrode layer which should have gas diffusibility from progressing. It has the effect of exhibiting power generation capacity.
【0020】請求項10〜請求項12に記載された発明
によれば、反応拡散性の良好な電極を容易に製造できる
という効果がある。According to the tenth to twelfth aspects of the invention, there is an effect that an electrode having a good reaction diffusion property can be easily manufactured.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る固体電解質型
燃料電池および固体電解質型燃料電池用電極の製造方法
について実施の形態に基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a method for manufacturing a solid oxide fuel cell and an electrode for a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described based on embodiments.
【0022】本発明に係る固体電解質型燃料電池は、電
極のガス拡散孔が高温度条件下においてシンタリングに
より狭くなるのを防止するために、電極の主材料と異種
組成を持った材料または異なる結晶形状を持った粒子を
混合することにより形成されることを特徴としている。In the solid oxide fuel cell according to the present invention, in order to prevent the gas diffusion holes of the electrode from narrowing due to sintering under high temperature conditions, a material having a different composition from the main material of the electrode or a material having a different composition is used. It is characterized by being formed by mixing particles having a crystal shape.
【0023】電極材料のシンタリングは、熱力学的機能
上避けられない問題ではあるが、その速度を遅くするこ
とによって、実用上問題のないレベルに低減させること
が可能である。本実施の形態では、電極の主材料とは異
なった性質を持つ材料を主材料に混合している。その混
合材料の具体的な性質としては、融点の高い材料である
ことが有効である。一般に、固体電解質型燃料電池の空
気極に用いられるペロブスカイト型酸化物の場合には、
融点はおよそ1800℃である。このようなペロブスカ
イト型酸化物のシンタリングを防止するためには、この
材料よりも融点が高い融点を持った材料を混合すること
により効果が得られる。すなわち、ペロブスカイト型酸
化物に混合させる材料の融点は、1900℃以上の材料
がよい。電極主材料の間に異種の組成を持った材料が存
在することによって、電極主材料同士の凝集が抑制され
る。また、融点の高い材料ほどシンタリングが起きにく
い傾向があるため、高融点材料ほどのその効果は大きく
なる。図2は、電極主材料であるペロブスカイト型酸化
物粒子11に高融点材料粒子12を混合してなる電極の
材料層を示している。Although the sintering of the electrode material is an unavoidable problem in terms of thermodynamic function, it can be reduced to a practically acceptable level by reducing the speed. In the present embodiment, a material having a property different from that of the main material of the electrode is mixed with the main material. As a specific property of the mixed material, a material having a high melting point is effective. Generally, in the case of a perovskite oxide used for an air electrode of a solid oxide fuel cell,
The melting point is approximately 1800 ° C. In order to prevent such sintering of the perovskite oxide, an effect can be obtained by mixing a material having a melting point higher than this material. That is, the melting point of the material mixed with the perovskite oxide is preferably 1900 ° C. or higher. The presence of materials having different compositions between the electrode main materials suppresses aggregation of the electrode main materials. Further, since a material having a higher melting point tends to be less likely to cause sintering, a material having a higher melting point has a greater effect. FIG. 2 shows a material layer of an electrode formed by mixing high melting point material particles 12 with perovskite type oxide particles 11 which are an electrode main material.
【0024】また、このようなシンタリングを防止する
他の電極構造としては、図3に示すように、電極主材料
であるペロブスカイト型酸化物粒子11と異なる結晶形
状(本実施の形態では針状結晶)を持つ粒子を混合する
ことが有効である。通常の方法で形成されたペロブスカ
イト型酸化物でなる電極では、図4に示したように、球
状の粒子が寄り集まっている。このような球状の粒子の
集まりでは、粒子同士が隙間なく積み重なる傾向があ
る。この結果、粒子間の接触点が多くなり過ぎて、その
接触点が出発点となってシンタリングが起こり易くな
る。しかし、本実施の形態のように、図3に示すよう
に、例えば針状結晶を持つ粒子13を混合すると、強制
的に空隙が多くなるとともに、粒子同士の接触点が適度
に少なくなり、シンタリングを抑制することができる。As another electrode structure for preventing such sintering, as shown in FIG. 3, a crystal shape different from that of the perovskite-type oxide particles 11 as a main electrode material (in this embodiment, a needle-shaped oxide particle 11). It is effective to mix particles having (crystal). In an electrode made of a perovskite oxide formed by an ordinary method, spherical particles are gathered as shown in FIG. In such a collection of spherical particles, the particles tend to be stacked without gaps. As a result, there are too many contact points between the particles, and the contact points serve as starting points, and sintering is likely to occur. However, as shown in FIG. 3, when particles 13 having needle-like crystals are mixed, for example, as in the present embodiment, the gaps are forcibly increased, and the number of contact points between the particles is appropriately reduced. Rings can be suppressed.
【0025】そこで、図1に示すように、本実施の形態
に係る固体電解質型燃料電池10は、図1に示すよう
に、ペロブスカイト型酸化物粒子11に高融点材料粒子
12を混合してなる材料層14と、固体電解質層17に
接合する微粒子からなり狭い細孔構造を持つ表面材料層
15との2層構造を有する電極16を備えている。Therefore, as shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell 10 according to the present embodiment is made by mixing perovskite oxide particles 11 with high melting point material particles 12 as shown in FIG. An electrode 16 having a two-layer structure of a material layer 14 and a surface material layer 15 made of fine particles bonded to a solid electrolyte layer 17 and having a narrow pore structure is provided.
【0026】なお、一方の電極16が空気極として用い
られる場合は、材料層14の主材料がLa−Mn系ペロ
ブスカイト型複合酸化物、La−Co系ペロブスカイト
型複合酸化物、La−Fe系ペロブスカイト型複合酸化
物およびそれらの元素置換ペロブスカイト型複合酸化
物、銀、白金のうち少なくとも一種類を含み、他方の電
極の主材料が鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、白金、
パラジウムのうち少なくとも一種類を含むものであり、
高融点材料材料が酸化アルミニウム、酸化カルシウム、
酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸
化セリウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭
化チタンおよびその誘導体のうち少なくとも一種類を含
むことが好ましい。When one of the electrodes 16 is used as an air electrode, the main material of the material layer 14 is La-Mn-based perovskite-type composite oxide, La-Co-based perovskite-type composite oxide, or La-Fe-based perovskite. -Type composite oxides and their element-substituted perovskite-type composite oxides, silver, including at least one of platinum, the main material of the other electrode is iron, cobalt, nickel, copper, silver, platinum,
Containing at least one of palladium,
Aluminum oxide, calcium oxide,
It is preferable to include at least one of magnesium oxide, silicon oxide, zirconium oxide, cerium oxide, boron nitride, silicon nitride, boron carbide, titanium carbide and derivatives thereof.
【0027】また、高融点材料としては、1900℃以
上の融点を持つことが好ましい。さらに、ペロブスカイ
ト型酸化物粒子に対して、高融点材料粒子は、20wt
%以下での混合比であることが好ましい。また、ペロブ
スカイト型酸化物粒子の短径と長径の比が3以下であ
り、針状結晶の粒子の短径と長径の比が3〜20である
ことが好ましい。さらに、針状結晶を持つ材料粒子の導
電率が作動温度域において102S・cm-1以上の場合
には、材料層15も含まれる針状粒子13の割合が50
wt%以下であり、その導電率が102S・cm-1以下
の場合には、20wt%以下であることが好ましい。The high melting point material preferably has a melting point of 1900 ° C. or higher. Furthermore, the high melting point material particles are 20 wt%
% Is preferable. Further, the ratio of the minor axis to the major axis of the perovskite oxide particles is preferably 3 or less, and the ratio of the minor axis to the major axis of the acicular crystal particles is preferably 3 to 20. Further, when the conductivity of the material particles having needle-like crystals is 10 2 S · cm −1 or more in the operating temperature range, the ratio of the needle-like particles 13 including the material layer 15 is 50%.
wt% or less, and when the conductivity is 10 2 S · cm −1 or less, it is preferably 20 wt% or less.
【0028】ところで、材料層14を形成する方法とし
ては、PVD法、CVD法、EVD法、ゾルゲル法や、
溶射法を用いて形成することができる。また、表面材料
層15の表面には、スラリーあるいはペーストを印刷
法、スプレイ法で塗布してもよい。As a method for forming the material layer 14, a PVD method, a CVD method, an EVD method, a sol-gel method,
It can be formed using a thermal spraying method. Further, a slurry or paste may be applied to the surface of the surface material layer 15 by a printing method or a spray method.
【0029】(実施例)イットリウム安定化ジルコニア
(以下、YSZという。)の焼結円盤型ディスク(直径
15mm、厚さ1mm)の片面にLa0.8Sr0.2MnO
3、他方の面にNiをスパッタ法によっていずれも厚み
が1μmとなるように蒸着する。その後、1000℃で
10分間の焼成を行った。その後、アルミナ粒子10w
t%とLa0.8Sr0.2MnO390wt%の混合粉末を
テレピネオールとエタノールの混合溶液中でよく混合し
てYSZディスクのLa0.8Sr0.2MnO3側に塗布し
て1200℃で20分間焼成して空気極を形成した。そ
の後、市販のNiペーストを用いてアルミナ粒子が10
wt%となるように配合してYSZディスクのNi面に
塗布して、燃料極を形成した。こうしてNi・Al2O3
/Ni/YSZ/La0.8Sr0.2MnO3/La0.8Sr
0.2MnO3・Al2O3を得た。空気極、燃料極の最終的
な厚みはそれぞれ25μm、20μmであった。(Example) A sintered disk of yttrium-stabilized zirconia (hereinafter referred to as YSZ) (diameter 15 mm, thickness 1 mm) has La 0.8 Sr 0.2 MnO on one surface.
3. Ni is vapor-deposited on the other surface by sputtering to a thickness of 1 μm. Thereafter, baking was performed at 1000 ° C. for 10 minutes. Then, alumina particles 10w
air and calcined t% and La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 powder mixture of 90 wt% were mixed well in a mixed solution of terpineol and ethanol was coated on La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 side of the YSZ disc at 1200 ° C. 20 min A pole was formed. Thereafter, alumina particles were reduced to 10 using a commercially available Ni paste.
It was blended so as to be wt% and applied to the Ni surface of the YSZ disk to form a fuel electrode. Thus Ni · Al 2 O 3
/ Ni / YSZ / La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 / La 0.8 Sr
0.2 MnO 3 .Al 2 O 3 was obtained. The final thicknesses of the air electrode and the fuel electrode were 25 μm and 20 μm, respectively.
【0030】(比較例)電極材料にアルミナを混合する
こと以外は上記実施例と同様してNi・Al2O3/Ni
/YSZ/La0.8Sr0.2MnO3/La0.8Sr0.2M
nO3を得た。(Comparative Example) Ni.Al 2 O 3 / Ni was the same as in the above embodiment except that alumina was mixed with the electrode material.
/ YSZ / La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 / La 0.8 Sr 0.2 M
nO 3 was obtained.
【0031】このような実施例と比較例とを用いた固体
電解質型燃料電池を用いて発電試験を行った結果、実施
例では電極にシンタリングの進行が見られず長期間良好
な発電特性を示したが、比較例では電極にシンタリング
が進行して反応拡散の低下が見られた。As a result of performing a power generation test using a solid oxide fuel cell using such an example and a comparative example, no sintering progress was observed in the electrode in the example, and good power generation characteristics were obtained for a long period of time. As shown, in the comparative example, sintering of the electrode progressed, and a decrease in reaction diffusion was observed.
【0032】上記のように、本発明の実施の形態の開示
の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するもの
であると理解すべきではない。この開示から当業者には
様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らか
となろう。例えば、ペロブスカイト型酸化物として、L
a0.8Sr0.2MnO3を挙げて説明したが、La−Mn
系ペロブスカイト型複合酸化物以外に、La−Co系ペ
ロブスカイト型複合酸化物、La−Fe系ペロブスカイ
ト型複合酸化物およびそれらの元素置換ペロブスカイト
型複合酸化物などを用いることも勿論可能である。As described above, it should not be understood that the description and drawings forming part of the disclosure of the embodiments of the present invention limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art. For example, as a perovskite oxide, L
Although a 0.8 Sr 0.2 MnO 3 has been described, La-Mn
In addition to the perovskite-based composite oxides, La-Co-based perovskite-based composite oxides, La-Fe-based perovskite-based composite oxides, and element-substituted perovskite-based composite oxides can of course be used.
【図1】本発明に係る固体電解質型燃料電池の要部の説
明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a main part of a solid oxide fuel cell according to the present invention.
【図2】実施の形態に係る電極の材料層の微細構造を示
す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a fine structure of a material layer of an electrode according to an embodiment.
【図3】実施の形態に係る電極の材料層の他の微細構造
を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing another fine structure of a material layer of an electrode according to the embodiment.
【図4】従来の電極の微細構造を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a fine structure of a conventional electrode.
10 固体電解質型燃料電池 11 ペロブスカイト型酸化物粒子 12 高融点材料粒子 14 材料層 15 表面材料層 16 電極 17 固体電解質層 Reference Signs List 10 solid oxide fuel cell 11 perovskite oxide particles 12 high melting point material particles 14 material layer 15 surface material layer 16 electrode 17 solid electrolyte layer
フロントページの続き (72)発明者 櫛引 圭子 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 柴田 格 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 原 直樹 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 佐藤 文紀 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 山中 貢 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 内山 誠 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 5H018 AA06 AS01 BB01 BB07 BB08 BB12 DD10 EE12 EE13 HH01 HH04 HH05 HH06 5H026 AA06 BB01 BB04 BB08 CC01 CC10 EE12 EE13 HH01 HH03 HH04 HH05 HH06 Continued on the front page (72) Inventor Keiko Kushibiki 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. Naoki Hara 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture, Nissan Motor Co., Ltd. Nissan Motor Co., Ltd., Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Uchiyama 2nd Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Nissan Motor Co., Ltd. F-term (reference) 5H018 AA06 AS01 BB01 BB07 BB08 BB12 DD10 EE12 EE13 HH01 HH04 HH05 HH06 5H026 AA06 BB01 BB04 BB08 CC01 CC10 EE12 EE13 HH01 HH03 HH04 HH05 HH06
Claims (12)
持つ固体電解質型燃料電池であって、 前記電極の前記固体電解質層との界面に臨む材料層が多
孔質構造を有し、前記材料層の上の層が、前記電極の主
材料と異なる組成または異なる粒子形状を持つ副材料が
混合されていることを特徴とする固体電解質型燃料電
池。1. A solid electrolyte fuel cell having a pair of electrodes sandwiching both sides of a solid electrolyte layer, wherein a material layer facing an interface between the electrode and the solid electrolyte layer has a porous structure, A solid oxide fuel cell, wherein a layer above the layer is mixed with a sub-material having a different composition or a different particle shape from the main material of the electrode.
の表面に、微粒子からなり、且つ前記材料層より狭い細
孔を有する多孔質構造を有する表面材料層が形成されて
いることを特徴とする請求項1記載の固体電解質型燃料
電池。2. A surface material layer made of fine particles and having a porous structure having pores narrower than the material layer is formed on a surface of the material layer on the side of the solid electrolyte layer. The solid oxide fuel cell according to claim 1.
材料と高融点材料との混合体からなることを特徴とする
請求項1または請求項2に記載された固体電解質型燃料
電池。3. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the electrode is made of a mixture of the main material having electron conductivity and a high melting point material.
上であることを特徴とする請求項3記載の固体電解質型
燃料電池。4. The solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein the high melting point material has a melting point of 1900 ° C. or higher.
極であり、他方の電極が燃料極であり、 前記一方の電極の主材料がLa−Mn系ペロブスカイト
型複合酸化物、La−Co系ペロブスカイト型複合酸化
物、La−Fe系ペロブスカイト型複合酸化物およびそ
れらの元素置換ペロブスカイト型複合酸化物、銀、白金
のうち少なくとも一種類を含み、 前記他方の電極の主材料が鉄、コバルト、ニッケル、
銅、銀、白金、パラジウムのうち少なくとも一種類を含
むものであり、高融点材料が酸化アルミニウム、酸化カ
ルシウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化ジルコ
ニウム、酸化セリウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化
ホウ素、炭化チタンおよびその誘導体のうち少なくとも
一種類を含むことを特徴とする請求項3または請求項4
に記載された固体電解質型燃料電池。5. One of the pair of electrodes is an air electrode, the other electrode is a fuel electrode, and the main material of the one electrode is a La—Mn-based perovskite composite oxide, La—Co. -Based perovskite-type composite oxide, La-Fe-based perovskite-type composite oxide and their element-substituted perovskite-type composite oxide, silver, at least one of platinum, the main material of the other electrode is iron, cobalt, nickel,
It contains at least one of copper, silver, platinum and palladium, and the high melting point material is aluminum oxide, calcium oxide, magnesium oxide, silicon oxide, zirconium oxide, cerium oxide, boron nitride, silicon nitride, boron carbide, carbonized 5. The composition according to claim 3, comprising at least one of titanium and its derivatives.
2. A solid oxide fuel cell according to claim 1.
合比が、20wt%以下であることを特徴とする請求項
3乃至請求項5のいずれかに記載された固体電解質型燃
料電池。6. The solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein a mixing ratio of the high melting point material mixed in the material layer is 20 wt% or less.
と球状結晶の電極材料との混合体からなることを特徴と
する請求項2乃至請求項6のいずれかに記載された固体
電解質型燃料電池。7. The solid electrolyte according to claim 2, wherein the surface material layer is made of a mixture of an electrode material of a needle crystal and an electrode material of a spherical crystal. Type fuel cell.
比が3以下であり、前記針状結晶の電極材料の短径と長
径の比が3〜20であることを特徴とする請求項7記載
の固体電解質型燃料電池。8. The ratio of the minor axis to the major axis of the electrode material of the spherical crystal is 3 or less, and the ratio of the minor axis to the major axis of the electrode material of the acicular crystal is 3 to 20. Item 7. A solid oxide fuel cell according to Item 7.
温度域において10 2S・cm-1以上の場合に、前記材
料層に含まれる前記針状結晶の電極材料の割合が50w
t%以下であり、 前記針状結晶の電極材料の導電率が作動温度域において
102S・cm-1以下の場合に、前記材料層に含まれる
前記針状結晶の電極材料の割合が20wt%以下である
ことを特徴とする請求項8記載の固体電解質型燃料電
池。9. The electric conductivity of the electrode material of the acicular crystal is activated.
10 in the temperature range TwoS ・ cm-1In the above case, the material
The ratio of the electrode material of the needle crystals contained in the material layer is 50 w
t% or less, and the electrical conductivity of the electrode material of the needle-shaped crystal is within an operating temperature range.
10TwoS ・ cm-1Included in the material layer in the following cases
The ratio of the electrode material of the needle-like crystal is 20% by weight or less.
9. The solid oxide fuel cell according to claim 8, wherein
pond.
型燃料電池用電極の製造方法であって、 前記ガス拡散孔を持つ多孔質構造の材料層との表面に、
前記固体電解質層と接合する、微粒子からなり前記ガス
拡散孔よりも狭い細孔を持つ多孔質構造の表面材料層
を、PVD法、CVD法、EVD法、ゾルゲル法のいず
れかで形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池
用電極の製造方法。10. A method for producing an electrode for a solid oxide fuel cell sandwiching both surfaces of a solid electrolyte layer, wherein a surface of a porous structure material layer having gas diffusion holes is provided.
Forming a surface material layer of a porous structure having fine pores made of fine particles and narrower than the gas diffusion pores, which is bonded to the solid electrolyte layer, by any of PVD, CVD, EVD, and sol-gel methods. A method for producing an electrode for a solid oxide fuel cell, comprising:
面材料層上にスラリーまたはペーストを印刷法またはス
プレイ法にて塗布することを特徴とする請求項10記載
の固体電解質型燃料電池用電極の製造方法。11. The electrode for a solid oxide fuel cell according to claim 10, wherein after forming the surface material layer, a slurry or a paste is applied on the surface material layer by a printing method or a spraying method. Manufacturing method.
を特徴とする請求項10または請求項11に記載の固体
電解質型燃料電池用電極の製造方法。12. The method for manufacturing an electrode for a solid oxide fuel cell according to claim 10, wherein the material layer is formed by a thermal spraying method.
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JP2008041306A (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Mitsubishi Materials Corp | Power generation cell, and solid electrolyte fuel cell with power generation cell incorporated therein |
JP2010055916A (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Kyocera Corp | Cell stack of fuel cell and fuel cell module using the same |
JP2018018693A (en) * | 2016-07-28 | 2018-02-01 | 日本特殊陶業株式会社 | Electrochemical reaction single cell, and electrochemical reaction cell stack |
-
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- 2001-04-17 JP JP2001118222A patent/JP2002313406A/en not_active Withdrawn
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