JP2002367615A - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
固体酸化物形燃料電池Info
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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
Abstract
(57)【要約】
【課題】セパレータとしてＣｒを含む合金製セパレータ
を用いてなる固体酸化物形燃料電池において、Ｃｒによ
る空気極の被毒を防止する。 【解決手段】セパレータとしてＣｒを含む合金製セパレ
ータを用いてなる固体酸化物形燃料電池において、空気
極と電解質との界面で空気中の酸素のみを選択的に還元
し、酸化クロムの蒸気種を還元しない性質の界面を形成
してなることを特徴とする合金製セパレータを用いた固
体酸化物形燃料電池。
を用いてなる固体酸化物形燃料電池において、Ｃｒによ
る空気極の被毒を防止する。 【解決手段】セパレータとしてＣｒを含む合金製セパレ
ータを用いてなる固体酸化物形燃料電池において、空気
極と電解質との界面で空気中の酸素のみを選択的に還元
し、酸化クロムの蒸気種を還元しない性質の界面を形成
してなることを特徴とする合金製セパレータを用いた固
体酸化物形燃料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セパレータとして
Ｃｒ（クロム）を含む合金製セパレータを用いてなる固
体酸化物形燃料電池に関する。
Ｃｒ（クロム）を含む合金製セパレータを用いてなる固
体酸化物形燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池にはイオン導電体すなわち電解
質に利用される物質の違いにより各種あるが、そのうち
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）ではイオン導電性を
有する電解質として固体酸化物が使用される。ＳＯＦＣ
は、以下（１）〜（５）のような特長を有している。
（１）作動温度が高いことにより、電極における電気化
学反応が円滑に進行するために、エネルギーロスが少な
く発電効率が高い。
質に利用される物質の違いにより各種あるが、そのうち
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）ではイオン導電性を
有する電解質として固体酸化物が使用される。ＳＯＦＣ
は、以下（１）〜（５）のような特長を有している。
（１）作動温度が高いことにより、電極における電気化
学反応が円滑に進行するために、エネルギーロスが少な
く発電効率が高い。
【０００３】（２）排熱温度が高いので、多段に利用す
ることにより、さらに発電効率を高めることが可能であ
る。（３）作動温度は天然ガスなどの炭化水素燃料を改
質させるのに十分なほど高いので、改質反応を電池内部
で行うことができる。この点リン酸形やポリマー形のよ
うな低温作動型の燃料電池に必要な燃料処理系（改質器
＋シフトコンバータ）を大幅に簡素化できる。（４）Ｃ
Ｏも発電反応に関与させることができるため、燃料を多
様化できる。（５）全部材が固体により構成されるの
で、リン酸形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池において
発生するような腐食や電解質の蒸散の問題がない。
ることにより、さらに発電効率を高めることが可能であ
る。（３）作動温度は天然ガスなどの炭化水素燃料を改
質させるのに十分なほど高いので、改質反応を電池内部
で行うことができる。この点リン酸形やポリマー形のよ
うな低温作動型の燃料電池に必要な燃料処理系（改質器
＋シフトコンバータ）を大幅に簡素化できる。（４）Ｃ
Ｏも発電反応に関与させることができるため、燃料を多
様化できる。（５）全部材が固体により構成されるの
で、リン酸形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池において
発生するような腐食や電解質の蒸散の問題がない。
【０００４】図１〜２はＳＯＦＣの一態様例を原理的に
説明する図である。図示のとおり、電解質材料を挟んで
燃料極及び空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合
は酸素極）が配置されて、すなわち空気極／電解質／燃
料極の３層ユニットで単電池が構成される。電解質材料
としては、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）のシート状焼結体が用いられ、空気極としては、例
えばＳｒをドープしたＬａＭｎＯ3の多孔質体が用いら
れ、燃料極としては、例えばニッケルとイットリア安定
化ジルコニア混合物（Ｎｉ／ＹＳＺサーメット）の多孔
質体が用いられ、電解質材料の両面に空気極と燃料極を
焼き付けることにより単電池が作製される。
説明する図である。図示のとおり、電解質材料を挟んで
燃料極及び空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合
は酸素極）が配置されて、すなわち空気極／電解質／燃
料極の３層ユニットで単電池が構成される。電解質材料
としては、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）のシート状焼結体が用いられ、空気極としては、例
えばＳｒをドープしたＬａＭｎＯ3の多孔質体が用いら
れ、燃料極としては、例えばニッケルとイットリア安定
化ジルコニア混合物（Ｎｉ／ＹＳＺサーメット）の多孔
質体が用いられ、電解質材料の両面に空気極と燃料極を
焼き付けることにより単電池が作製される。
【０００５】このようなＳＯＦＣの運転時には、単電池
の空気極側に酸化剤として空気を通し、燃料極側に燃料
を通して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得
られる。ところが、単電池一つでは高々１．０Ｖ程度の
電圧しか得られないので、実用的な電力を得るためには
複数の単電池を直列に接続する必要がある。
の空気極側に酸化剤として空気を通し、燃料極側に燃料
を通して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得
られる。ところが、単電池一つでは高々１．０Ｖ程度の
電圧しか得られないので、実用的な電力を得るためには
複数の単電池を直列に接続する必要がある。
【０００６】隣接する単電池を電気的に接続するととも
に、空気極と燃料極のそれぞれに空気と燃料を適正に分
配、供給、排出する目的で、セパレータ（＝インターコ
ネクタ）と単電池とが交互に積層される。図１〜２で
は、単電池を二個、その間にセパレータを一個、上方単
電池の上面及び下方単電池の下面にそれぞれ枠体（枠体
も一種のセパレータである）を備えた場合を示してい
る。セパレータに対しては、下記〜という数多くの
性質が求められる。
に、空気極と燃料極のそれぞれに空気と燃料を適正に分
配、供給、排出する目的で、セパレータ（＝インターコ
ネクタ）と単電池とが交互に積層される。図１〜２で
は、単電池を二個、その間にセパレータを一個、上方単
電池の上面及び下方単電池の下面にそれぞれ枠体（枠体
も一種のセパレータである）を備えた場合を示してい
る。セパレータに対しては、下記〜という数多くの
性質が求められる。
【０００７】緻密であってガスを透過、漏洩しない、
電子導電性が大きい、イオン導電性が小さい、高
温の酸化性、還元性、両雰囲気において材料自身が化学
的に安定である、二つの電極など接触する他の部材と
反応や過度な相互拡散が起こらない、他の電池構成材
料と熱膨張係数が整合している、雰囲気の変動による
寸法変化が小さい、十分な強度を有する。
電子導電性が大きい、イオン導電性が小さい、高
温の酸化性、還元性、両雰囲気において材料自身が化学
的に安定である、二つの電極など接触する他の部材と
反応や過度な相互拡散が起こらない、他の電池構成材
料と熱膨張係数が整合している、雰囲気の変動による
寸法変化が小さい、十分な強度を有する。
【０００８】セパレータには上記のように厳しい要求が
あるため、その構成材料が限定される。これらの要求を
なるべく多く満たすものとして、最も一般的にはＬａＣ
ｒＯ 3系の酸化物固溶体（ランタンクロマイト）が用い
られる。この材料はＬａの一部をＣａ、Ｓｒといったア
ルカリ土類金属元素で置換するか、さらにＣｒの一部を
Ｍｇ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉなどの３ｄ遷移金属元素で置換
することにより、上記要求を満たすべく材料特性を最適
化している。
あるため、その構成材料が限定される。これらの要求を
なるべく多く満たすものとして、最も一般的にはＬａＣ
ｒＯ 3系の酸化物固溶体（ランタンクロマイト）が用い
られる。この材料はＬａの一部をＣａ、Ｓｒといったア
ルカリ土類金属元素で置換するか、さらにＣｒの一部を
Ｍｇ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉなどの３ｄ遷移金属元素で置換
することにより、上記要求を満たすべく材料特性を最適
化している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＳＯＦＣ
は、その作動温度が７５０〜１０００℃程度と高いが、
電解質としてＬａＧａＯ3系の酸化物固溶体や薄膜のジ
ルコニアを用いるＳＯＦＣでは、７５０℃程度以下の低
温作動ができる。この場合には、マニホールドやセパレ
ータ用の材料として、Ｃｒを含有する耐熱性合金などの
合金を用いることが性能面やコストの面から有利である
が、作動時に合金表面から蒸発してくる酸化クロムの蒸
気種が空気極を被毒するという問題がある。
は、その作動温度が７５０〜１０００℃程度と高いが、
電解質としてＬａＧａＯ3系の酸化物固溶体や薄膜のジ
ルコニアを用いるＳＯＦＣでは、７５０℃程度以下の低
温作動ができる。この場合には、マニホールドやセパレ
ータ用の材料として、Ｃｒを含有する耐熱性合金などの
合金を用いることが性能面やコストの面から有利である
が、作動時に合金表面から蒸発してくる酸化クロムの蒸
気種が空気極を被毒するという問題がある。
【００１０】上記酸化クロムの蒸気種の問題を回避する
手法として、合金製セパレータの表面を導電性材料でコ
ーティングすることが考えられている。図３は、その概
略を示す図である。なお、図１〜２のとおり、セパレー
タには複数個の溝が設けられるが、図３では省略してい
る。図３のとおり、Ｃｒを含む合金製セパレータの表面
を導電性材料でコーティングすることで、すなわちその
表面に導電性コーティング層を設けることにより、合金
表面の酸化物スケール層（酸化クロム層）の表面への露
出を避け、酸化クロムの蒸気種の発生を防いでいる。
手法として、合金製セパレータの表面を導電性材料でコ
ーティングすることが考えられている。図３は、その概
略を示す図である。なお、図１〜２のとおり、セパレー
タには複数個の溝が設けられるが、図３では省略してい
る。図３のとおり、Ｃｒを含む合金製セパレータの表面
を導電性材料でコーティングすることで、すなわちその
表面に導電性コーティング層を設けることにより、合金
表面の酸化物スケール層（酸化クロム層）の表面への露
出を避け、酸化クロムの蒸気種の発生を防いでいる。
【００１１】しかしこの場合、熱サイクル、すなわち燃
料電池として作動、停止を繰り返すうちに合金材料と酸
化スケール層、または合金材料と導電性コーティング層
が剥離し、Ｃｒ被毒を防止する効果が弱くなる。これに
より空気極の劣化が生じ、ひいては電池性能の低下を来
してしまう。そこで、本発明は、合金製セパレータを用
いるＳＯＦＣにおいて、空気極／電解質界面（空気極と
電解質の界面）の電気化学的性質を利用し、合金製セパ
レータに対して当接する空気極と電解質の界面自体の構
成材料に工夫を加えることにより、上記のような酸化ク
ロムの蒸気種による問題を解決してなる固体酸化物形燃
料電池を提供することを目的とする。
料電池として作動、停止を繰り返すうちに合金材料と酸
化スケール層、または合金材料と導電性コーティング層
が剥離し、Ｃｒ被毒を防止する効果が弱くなる。これに
より空気極の劣化が生じ、ひいては電池性能の低下を来
してしまう。そこで、本発明は、合金製セパレータを用
いるＳＯＦＣにおいて、空気極／電解質界面（空気極と
電解質の界面）の電気化学的性質を利用し、合金製セパ
レータに対して当接する空気極と電解質の界面自体の構
成材料に工夫を加えることにより、上記のような酸化ク
ロムの蒸気種による問題を解決してなる固体酸化物形燃
料電池を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、セパレータと
してＣｒを含む合金製セパレータを用いてなる固体酸化
物形燃料電池において、空気極と電解質との界面で空気
中の酸素のみを選択的に還元し、酸化クロムの蒸気種を
還元しない性質の界面を形成してなることを特徴とする
合金製セパレータを用いた固体酸化物形燃料電池を提供
する。
してＣｒを含む合金製セパレータを用いてなる固体酸化
物形燃料電池において、空気極と電解質との界面で空気
中の酸素のみを選択的に還元し、酸化クロムの蒸気種を
還元しない性質の界面を形成してなることを特徴とする
合金製セパレータを用いた固体酸化物形燃料電池を提供
する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、Ｃｒを含む合金製セパ
レータを用いてなる固体酸化物形燃料電池において、空
気極と電解質との界面で空気中の酸素のみを選択的に還
元し、酸化クロムの蒸気種（すなわち酸化クロムの蒸
気）を還元しない性質の界面を形成してなることを特徴
とする。空気中の酸素のみを選択的に還元し、酸化クロ
ムの蒸気種を還元しない性質の界面は、空気極の構成材
料として、そのような性質を有する材料を用いることに
より形成される。
レータを用いてなる固体酸化物形燃料電池において、空
気極と電解質との界面で空気中の酸素のみを選択的に還
元し、酸化クロムの蒸気種（すなわち酸化クロムの蒸
気）を還元しない性質の界面を形成してなることを特徴
とする。空気中の酸素のみを選択的に還元し、酸化クロ
ムの蒸気種を還元しない性質の界面は、空気極の構成材
料として、そのような性質を有する材料を用いることに
より形成される。
【００１４】その際、電解質側の少なくとも表面がＬａ
ＧａＯ3系の電解質であるのが好ましい。この場合、電
解質自体をＬａＧａＯ3系の電解質で構成してもよく、
他の電解質の表面にＬａＧａＯ3系の電解質層を設けて
もよい。ここで、ＬａＧａＯ3系とは、ＬａＧａＯ3にＳ
ｒ及びＭｇをドープしたもので、一般式：Ｌａ1-XＳｒ X
Ｇａ1-YＭｇYＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．５、ｙは
０≦ｙ≦０．５）で表される電解質材料である。
ＧａＯ3系の電解質であるのが好ましい。この場合、電
解質自体をＬａＧａＯ3系の電解質で構成してもよく、
他の電解質の表面にＬａＧａＯ3系の電解質層を設けて
もよい。ここで、ＬａＧａＯ3系とは、ＬａＧａＯ3にＳ
ｒ及びＭｇをドープしたもので、一般式：Ｌａ1-XＳｒ X
Ｇａ1-YＭｇYＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．５、ｙは
０≦ｙ≦０．５）で表される電解質材料である。
【００１５】上記空気極の構成材料としては、そのよう
な性質、すなわち空気中の酸素のみを選択的に還元し、
酸化クロムの蒸気種を還元しない性質を有する材料であ
ればいずれも用いられるが、その例としてはＳｒをドー
プしたＬａＣｏＯ3、すなわち一般式：Ｌａ1-XＳｒXＣ
ｏＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．７）で表される材
料、ＳｒをドープしたＳｍＣｏＯ3、すなわち一般式：
Ｓｍ1-XＳｒXＣｏＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．７）
で表される材料などが挙げられる。
な性質、すなわち空気中の酸素のみを選択的に還元し、
酸化クロムの蒸気種を還元しない性質を有する材料であ
ればいずれも用いられるが、その例としてはＳｒをドー
プしたＬａＣｏＯ3、すなわち一般式：Ｌａ1-XＳｒXＣ
ｏＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．７）で表される材
料、ＳｒをドープしたＳｍＣｏＯ3、すなわち一般式：
Ｓｍ1-XＳｒXＣｏＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．７）
で表される材料などが挙げられる。
【００１６】また、上記合金製セパレータの材料は、Ｃ
ｒを含む合金であればよいが、その例としてはＣｒ＝２
２（重量％、以下同じ）、Ｍｎ＝０．４８、Ｓｉ＝０．
３６、Ｎｉ＝０．２６、Ｚｒ＝０．２２、Ａｌ＝０．１
４、Ｌａ＝０．０４、Ｃ＝０．０２、Ｆｅ＝バランスか
らなる合金（７５０℃における電気抵抗＝約２３ｍΩ・
ｃｍ2）やＣｒ＝１６．２、Ｌａ＝２（０）、Ｓｉ＝
０．９５、Ｎｉ＝０．１２、Ｍｎ＝０．０９、Ｃ＝０．
０３、Ｆｅ＝バランスからなる合金（７５０℃における
電気抵抗＝約１６７ｍΩ・ｃｍ2）などが挙げられる。
ｒを含む合金であればよいが、その例としてはＣｒ＝２
２（重量％、以下同じ）、Ｍｎ＝０．４８、Ｓｉ＝０．
３６、Ｎｉ＝０．２６、Ｚｒ＝０．２２、Ａｌ＝０．１
４、Ｌａ＝０．０４、Ｃ＝０．０２、Ｆｅ＝バランスか
らなる合金（７５０℃における電気抵抗＝約２３ｍΩ・
ｃｍ2）やＣｒ＝１６．２、Ｌａ＝２（０）、Ｓｉ＝
０．９５、Ｎｉ＝０．１２、Ｍｎ＝０．０９、Ｃ＝０．
０３、Ｆｅ＝バランスからなる合金（７５０℃における
電気抵抗＝約１６７ｍΩ・ｃｍ2）などが挙げられる。
【００１７】図４は本発明の態様を示す図である。電解
質すなわち電解質材料としてＬａＧａＯ3系電解質を使
用し、その上に空気極として例えばＳｒをドープしたＬ
ａＣｏＯ3の多孔質体を配置し、その上にセパレータと
してＣｒを含有する耐熱性合金のような合金製セパレー
タを配置する。合金製セパレータは、図４では空気極と
離して示しているが、燃料電池スタックとしての構成時
には空気極面に当接される。ＳｒをドープしたＬａＣｏ
Ｏ3とＬａＧａＯ3系電解質との界面は、空気極に供給さ
れる空気中の酸素のみを選択的に還元し、酸化クロムの
蒸気種を還元しない性質を有する材料であるので、空気
極がＣｒによって被毒することが防止される。
質すなわち電解質材料としてＬａＧａＯ3系電解質を使
用し、その上に空気極として例えばＳｒをドープしたＬ
ａＣｏＯ3の多孔質体を配置し、その上にセパレータと
してＣｒを含有する耐熱性合金のような合金製セパレー
タを配置する。合金製セパレータは、図４では空気極と
離して示しているが、燃料電池スタックとしての構成時
には空気極面に当接される。ＳｒをドープしたＬａＣｏ
Ｏ3とＬａＧａＯ3系電解質との界面は、空気極に供給さ
れる空気中の酸素のみを選択的に還元し、酸化クロムの
蒸気種を還元しない性質を有する材料であるので、空気
極がＣｒによって被毒することが防止される。
【００１８】このように、本発明においては、空気極と
電解質との界面において空気中の酸素のみを選択的に還
元し、酸化クロムの蒸気種を還元しない性質の界面を形
成することにより、合金表面をコーティングする必要を
なくして、空気極のＣｒによる被毒を防止することがで
きる。また、コーティングする場合に比べて低コストで
あり、さらには、熱サイクルに対する安定性を向上さ
せ、Ｃｒによる被毒防止効果を持続させることができ
る。
電解質との界面において空気中の酸素のみを選択的に還
元し、酸化クロムの蒸気種を還元しない性質の界面を形
成することにより、合金表面をコーティングする必要を
なくして、空気極のＣｒによる被毒を防止することがで
きる。また、コーティングする場合に比べて低コストで
あり、さらには、熱サイクルに対する安定性を向上さ
せ、Ｃｒによる被毒防止効果を持続させることができ
る。
【００１９】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
は勿論である。
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
は勿論である。
【００２０】燃料極（Ｎｉ−ＹＳＺ）上面に固体酸化物
電解質材料（ＬａＧａＯ3系電解質）を配置して、燃料
極支持膜式電池を形成し、その電解質の上面に、薄い
（約５０ミクロン）の金属薄板の枠内にＬａＳｒＣｏＯ
3（ＳｒをドープしたＬａＣｏＯ3）製の空気極を配置し
て「組み合せ体」を構成した。次に、上記「組み合せ
体」に厚さ０．６ｃｍ、平面寸法１１ｃｍ×１１ｃｍ
（１２１ｃｍ2）のＣｒを含有する耐熱性合金製セパレ
ータを積層し、固体酸化物形燃料電池スタックを構成し
た。
電解質材料（ＬａＧａＯ3系電解質）を配置して、燃料
極支持膜式電池を形成し、その電解質の上面に、薄い
（約５０ミクロン）の金属薄板の枠内にＬａＳｒＣｏＯ
3（ＳｒをドープしたＬａＣｏＯ3）製の空気極を配置し
て「組み合せ体」を構成した。次に、上記「組み合せ
体」に厚さ０．６ｃｍ、平面寸法１１ｃｍ×１１ｃｍ
（１２１ｃｍ2）のＣｒを含有する耐熱性合金製セパレ
ータを積層し、固体酸化物形燃料電池スタックを構成し
た。
【００２１】上記Ｃｒを含有する耐熱性合金の組成は以
下のとおりである。Ｃｒ＝２２（重量％、以下同じ）、
Ｍｎ＝０．４８、Ｓｉ＝０．３６、Ｎｉ＝０．２６、Ｚ
ｒ＝０．２２、Ａｌ＝０．１４、Ｌａ＝０．０４、Ｃ＝
０．０２、Ｆｅ＝バランスからなる合金（７５０℃にお
ける電気抵抗＝約２３ｍΩ・ｃｍ2）。このほか、空気
極として、それぞれ、ＳｍＳｒＣｏＯ3（＝Ｓｒをドー
プしたＳｍＣｏＯ3）、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ及びＰＳＭで
構成した空気極を用いた以外は、上記と同様にして固体
酸化物形燃料電池スタックを構成した。
下のとおりである。Ｃｒ＝２２（重量％、以下同じ）、
Ｍｎ＝０．４８、Ｓｉ＝０．３６、Ｎｉ＝０．２６、Ｚ
ｒ＝０．２２、Ａｌ＝０．１４、Ｌａ＝０．０４、Ｃ＝
０．０２、Ｆｅ＝バランスからなる合金（７５０℃にお
ける電気抵抗＝約２３ｍΩ・ｃｍ2）。このほか、空気
極として、それぞれ、ＳｍＳｒＣｏＯ3（＝Ｓｒをドー
プしたＳｍＣｏＯ3）、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ及びＰＳＭで
構成した空気極を用いた以外は、上記と同様にして固体
酸化物形燃料電池スタックを構成した。
【００２２】ここで、上記ＳｍＳｒＣｏＯ3は、一般
式：Ｓｍ1-XＳｒXＣｏＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．
７）で表される材料であるが、本例ではｘ＝０．４の材
料を使用した。上記ＬＳＣＦは、一般式：Ｌａ1-XＳｒX
Ｃｏ1-YＦｅYＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．７、ｙは
０．２≦ｙ≦１）で表される材料であるが、本例ではｘ
＝０．４、ｙ＝０．８の材料を使用した。上記ＬＳＭ
は、一般式：Ｌａ1-XＳｒXＭｎＯ3+d（式中、ｘは０＜
ｘ≦０．７）で表される材料であるが、本例ではｘ＝
０．１５の材料を使用した。また、上記ＰＳＭは、一般
式：Ｐｒ1-XＳｒXＭｎＯ 3+d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．
７）で表される材料であるが、本例ではｘ＝０．４の材
料を使用した。
式：Ｓｍ1-XＳｒXＣｏＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．
７）で表される材料であるが、本例ではｘ＝０．４の材
料を使用した。上記ＬＳＣＦは、一般式：Ｌａ1-XＳｒX
Ｃｏ1-YＦｅYＯ3-d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．７、ｙは
０．２≦ｙ≦１）で表される材料であるが、本例ではｘ
＝０．４、ｙ＝０．８の材料を使用した。上記ＬＳＭ
は、一般式：Ｌａ1-XＳｒXＭｎＯ3+d（式中、ｘは０＜
ｘ≦０．７）で表される材料であるが、本例ではｘ＝
０．１５の材料を使用した。また、上記ＰＳＭは、一般
式：Ｐｒ1-XＳｒXＭｎＯ 3+d（式中、ｘは０＜ｘ≦０．
７）で表される材料であるが、本例ではｘ＝０．４の材
料を使用した。
【００２３】また、上記と同様の材料を用いて、試験用
として固体酸化物形燃料電池ハーフセルを作製した。そ
の構成は図５のとおりである。図５には、該試験用ハー
フセルの構成と併せて、本劣化速度試験で用いた試験装
置の概略も示している。この試験装置を用いて劣化速度
試験を実施した。本劣化速度試験では、空気極に空気を
通して実施した。この時、運転温度は８００℃、電流は
０．３Ａｃｍ-2である。図６にこの試験の結果を示して
いる。
として固体酸化物形燃料電池ハーフセルを作製した。そ
の構成は図５のとおりである。図５には、該試験用ハー
フセルの構成と併せて、本劣化速度試験で用いた試験装
置の概略も示している。この試験装置を用いて劣化速度
試験を実施した。本劣化速度試験では、空気極に空気を
通して実施した。この時、運転温度は８００℃、電流は
０．３Ａｃｍ-2である。図６にこの試験の結果を示して
いる。
【００２４】図６において、時間の経過に伴う過電圧値
の変化（図６中右下がり）が大きいほど空気極の劣化が
大きいが、ＬａＳｒＣｏＯ3製の空気極で構成した場合
とＳｍＳｒＣｏＯ3製の空気極で構成した場合では、１
５０時間経過時でも試験開始時と変わっていない。これ
に対して、ＬＳＣＦ製の空気極では、試験開始時以降確
実に右下がりとなり、ＬＳＭ製の空気極では、ＬＳＣＦ
製の空気極の場合より緩いが、試験開始時以降確実に右
下がりとなっている。このように本発明による空気極の
Ｃｒによる被毒防止効果は明らかである。
の変化（図６中右下がり）が大きいほど空気極の劣化が
大きいが、ＬａＳｒＣｏＯ3製の空気極で構成した場合
とＳｍＳｒＣｏＯ3製の空気極で構成した場合では、１
５０時間経過時でも試験開始時と変わっていない。これ
に対して、ＬＳＣＦ製の空気極では、試験開始時以降確
実に右下がりとなり、ＬＳＭ製の空気極では、ＬＳＣＦ
製の空気極の場合より緩いが、試験開始時以降確実に右
下がりとなっている。このように本発明による空気極の
Ｃｒによる被毒防止効果は明らかである。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、セパレータとしてＣｒ
を含む合金製セパレータを用いてなる固体酸化物形燃料
電池において、空気極と電解質の界面で空気中の酸素の
みを選択的に還元し、酸化クロムの蒸気種を還元しない
性質の界面を形成することにより、Ｃｒによる空気極の
被毒を防止することができる。
を含む合金製セパレータを用いてなる固体酸化物形燃料
電池において、空気極と電解質の界面で空気中の酸素の
みを選択的に還元し、酸化クロムの蒸気種を還元しない
性質の界面を形成することにより、Ｃｒによる空気極の
被毒を防止することができる。
【図１】固体酸化物形燃料電池の一態様例を原理的に説
明する図
明する図
【図２】固体酸化物形燃料電池の一態様例を原理的に説
明する図
明する図
【図３】従来におけるＣｒによる空気極の被毒を防止す
る手法を示す図
る手法を示す図
【図４】本発明の態様を示す図
【図５】実施例で用いた劣化速度試験装置の概略を示す
図
図
【図６】実施例の結果を示す図
Claims (3)
- 【請求項１】セパレータとしてＣｒを含む合金製セパレ
ータを用いてなる固体酸化物形燃料電池において、空気
極と電解質との界面で空気中の酸素のみを選択的に還元
し、酸化クロムの蒸気種を還元しない性質の界面を形成
してなることを特徴とする合金製セパレータを用いた固
体酸化物形燃料電池。 - 【請求項２】上記空気極と電解質との界面で空気中の酸
素のみを選択的に還元し、酸化クロムの蒸気種を還元し
ない性質の界面を、空気極の構成材料として該性質を有
する材料を用いることにより形成してなることを特徴と
する請求項１に記載の合金製セパレータを用いた固体酸
化物形燃料電池。 - 【請求項３】上記空気極と電解質との界面の構成材料
が、空気極がＳｒをドープしたＬａＣｏＯ3またはＳｒ
をドープしたＳｍＣｏＯ3であり、電解質側の少なくと
も表面がＬａＧａＯ3系の電解質であることを特徴とす
る請求項１または２に記載の合金製セパレータを用いた
固体酸化物形燃料電池。
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|---|---|---|---|
| JP2001176739A JP4156213B2 (ja) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | 固体酸化物形燃料電池 |
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| JP2001176739A JP4156213B2 (ja) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | 固体酸化物形燃料電池 |
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| JP2002367615A true JP2002367615A (ja) | 2002-12-20 |
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-
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- 2001-06-12 JP JP2001176739A patent/JP4156213B2/ja not_active Expired - Fee Related
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