JP2003308846A - Perovskite oxide and air electrode for fuel cell - Google Patents

Perovskite oxide and air electrode for fuel cell

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JP2003308846A
JP2003308846A JP2002325777A JP2002325777A JP2003308846A JP 2003308846 A JP2003308846 A JP 2003308846A JP 2002325777 A JP2002325777 A JP 2002325777A JP 2002325777 A JP2002325777 A JP 2002325777A JP 2003308846 A JP2003308846 A JP 2003308846A
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air electrode
fuel cell
electrode
site
coo
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Hisayoshi Ota
久喜 太田
Satoshi Ohara
智 大原
Takehisa Fukui
武久 福井
Kenji Murata
憲司 村田
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Japan Fine Ceramics Center
Toyota Motor Corp
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Japan Fine Ceramics Center
Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a perovskite oxide whereby activated energy of an oxygen ion even at low temperatures from 400°C to 600°C is equivalent to the energy of a conventional example at a temperature of 800°C, and thereby electrode performance is enhanced, and to provide an air electrode for a fuel cell, which comprises the pervskite oxide. <P>SOLUTION: An rare earth element, alkaline earth metal and cobalt are contained in the A1 site, A2 site and B site of an ABO<SB>3</SB>type perovskite oxide, respectively. Meanwhile, the occupancy ratio of the rare earth element to the alkaline earth metal is determined as one from 0.05:0.5 to 0.1:0.9. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ペロブスカイト型
酸化物及び該ペロブスカイト型酸化物から成る燃料電池
用空気極に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a perovskite type oxide and a fuel cell air electrode comprising the perovskite type oxide.

【0002】[0002]

【従来の技術】ペロブスカイト型酸化物は、図16に示
すように、化学式ABO3で表わされる。AサイトがA
1とA2とから成るペロブスカイト型酸化物の一つに、
A1サイトが希土類元素から成り、A2サイトがアルカ
リ土類金属から成り、BサイトがCo(コバルト)から
成るものがある。この形式のペロブスカイト型酸化物は
一般に、酸素ガス中の酸素分子を吸着し易い性質を持
つ。
2. Description of the Related Art A perovskite oxide is represented by the chemical formula ABO 3 , as shown in FIG. A site is A
One of the perovskite type oxides consisting of 1 and A2,
There is one in which the A1 site is made of a rare earth element, the A2 site is made of an alkaline earth metal, and the B site is made of Co (cobalt). This type of perovskite oxide generally has a property of easily adsorbing oxygen molecules in oxygen gas.

【0003】A(A1A2)BO3形式のペロブスカイ
ト型酸化物が燃料電池の空気極に使用された場合につい
て説明する。燃料電池とは、天然ガス等の燃料から得ら
れる水素等と大気中の酸素とを外部から供給し、これら
を電気化学的に反応させることにより直接発電する電池
のことである。カルノーサイクルの制約を受けないため
に発電効率が良く、また排出ガスがクリーンで環境に対
する影響が少ないことから、近年、発電用電源や電気自
動車用電源として注目されている。
A case where a perovskite type oxide of A (A1A2) BO 3 type is used for an air electrode of a fuel cell will be described. A fuel cell is a cell that directly supplies power by externally supplying hydrogen and the like obtained from a fuel such as natural gas and oxygen in the atmosphere and electrochemically reacting these. It has been attracting attention as a power source for power generation and a power source for electric vehicles in recent years because it has good power generation efficiency because it is not restricted by the Carnot cycle, and it has a clean exhaust gas and little impact on the environment.

【0004】燃料電池は、その電解質の種類によって、
リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型(「固体酸化物
形」と言うこともある)及び高分子型に分類される。こ
のうち、固体電解質型燃料電池(SOFC)は天然ガス
等を使用し作動温度が高い(800℃から1000℃)
ために発電効率が良い等の長所を持つ。
Fuel cells have different types of electrolytes.
It is classified into phosphoric acid type, molten carbonate type, solid electrolyte type (sometimes referred to as “solid oxide type”), and polymer type. Of these, the solid oxide fuel cell (SOFC) uses natural gas and has a high operating temperature (800 ° C to 1000 ° C)
Therefore, it has advantages such as good power generation efficiency.

【0005】図17に示すように、固体電解質型燃料電
池50は固体電解質51と、その両側に配置された一対
の電極(空気極52及び燃料極53)とを含む単セル5
5と、隣接する単セル間に介在されたセパレータ57
と、から成る。図18に示すように、空気極52に空気
(酸素ガス、窒素ガス等)が供給され、燃料極53に燃
料ガス(水素ガス等)が供給される。供給された酸素ガ
ス中の酸素分子O2は空気極52の表面で電子e-を受け
取って酸素イオンO2-になる。酸素イオンO2-は固体電
解質51中を空気極52から燃料極53に向かって拡散
移動し、燃料極53との界面近傍で水素と反応する。こ
れにより、燃料極53に電子e-を放出し、反応生成物
(水)が生成される。電子e-は外部回路58を通って
空気極52に流れ、外部回路58の途中にある負荷59
に対して仕事をする。
As shown in FIG. 17, a solid oxide fuel cell 50 has a unit cell 5 including a solid electrolyte 51 and a pair of electrodes (air electrode 52 and fuel electrode 53) arranged on both sides of the solid electrolyte 51.
5 and the separator 57 interposed between the adjacent single cells
And consists of. As shown in FIG. 18, air (oxygen gas, nitrogen gas, etc.) is supplied to the air electrode 52, and fuel gas (hydrogen gas, etc.) is supplied to the fuel electrode 53. Oxygen molecule O 2 in the supplied oxygen gas receives an electron e at the surface of the air electrode 52 and becomes an oxygen ion O 2− . The oxygen ions O 2− diffusely move in the solid electrolyte 51 from the air electrode 52 toward the fuel electrode 53, and react with hydrogen in the vicinity of the interface with the fuel electrode 53. As a result, electrons e are emitted to the fuel electrode 53, and a reaction product (water) is generated. The electron e flows to the air electrode 52 through the external circuit 58, and the load 59 in the middle of the external circuit 58.
To work against.

【0006】次に、固体電解質51、空気極52及び燃
料極53の材質について説明する。固体電解質51は酸
素イオンO2-の伝導体であり、水素と酸素とを隔離す
る。よって、酸素イオンO2-の伝導性が高く、酸化性雰
囲気でも還元性雰囲気でも化学的に安定しており、緻密
であることが求められる。これを考慮して、材質として
は、例えばイットリア安定化ジルコニア(YSZ)が採
用されている。
Next, the materials of the solid electrolyte 51, the air electrode 52 and the fuel electrode 53 will be described. The solid electrolyte 51 is a conductor of oxygen ions O 2− and separates hydrogen from oxygen. Therefore, it is required that the conductivity of oxygen ion O 2− is high, that it is chemically stable in an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere, and that it is dense. In consideration of this, as the material, for example, yttria-stabilized zirconia (YSZ) is adopted.

【0007】また、空気極(「カソード」とも言う)5
2は酸素分子が吸着し易いこと等が要求される。これを
考慮して、材質としては、例えばA(A1A2)BO3
タイプのペロブスカイト型酸化物の一つであるLaSr
MnO3が採用されている。更に、燃料極(「アノー
ド」とも言う)52は高温の還元雰囲気で熱力学的に安
定していること等が要求される。これを考慮して、材質
としては、例えばNi−YSZが採用されている。
An air electrode (also called "cathode") 5
2 is required to easily adsorb oxygen molecules. In consideration of this, the material is, for example, A (A1A2) BO 3
LaSr which is one of the perovskite type oxides
MnO 3 is adopted. Further, the fuel electrode (also referred to as “anode”) 52 is required to be thermodynamically stable in a high-temperature reducing atmosphere. In consideration of this, as the material, for example, Ni-YSZ is adopted.

【0008】上記A1サイトが希土類元素から成り、A
2サイトがアルカリ土類金属から成り、BサイトがCo
から成るペロブスカイト型酸化物の一つとして、SmC
oO3がSr(ストロンチウム)によりドープされたも
のがあり、Sm1-xSrxCoO3で表される。従来例
(非特許文献1参照)は、固体電解質51としてLa
(Sr)Ga(Mg)O3基ペロブスカイト型酸化物を
使用した上で、空気極52としてSm1-xSrxCoO3
を採用した場合における、SmサイトへのSrのドープ
量について研究している。
The above A1 site is composed of a rare earth element,
2 sites consist of alkaline earth metal, B site is Co
As one of the perovskite type oxides composed of SmC
There is a case where oO3 is doped with Sr (strontium), which is represented by Sm 1-x Sr x CoO 3 . In the conventional example (see Non-Patent Document 1), La is used as the solid electrolyte 51.
(Sr) Ga (Mg) O 3 -based perovskite type oxide is used, and Sm 1-x Sr x CoO 3 is used as the air electrode 52.
We are investigating the doping amount of Sr to the Sm site in the case of adopting.

【0009】図19の曲線aは、Smの30%(モル
量)がSrによりドープされたSm0.7Sr0.3CoO3
から成る空気極における、maximum power density(最
大電力密度)と作動温度との関係を示す。最大電力密度
は電解質、燃料極及び空気極の性能によって決まる。作
動温度の上昇により最大電力密度が上昇しているのは、
電解質の導電率が向上し、燃料極及び空気極では反応
(触媒)活性が向上するためと考えられる。
Curve a in FIG. 19 shows Sm 0.7 Sr 0.3 CoO 3 in which 30% (molar amount) of Sm is doped with Sr.
Fig. 3 shows the relationship between the maximum power density and operating temperature in an air electrode consisting of. The maximum power density depends on the performance of the electrolyte, anode and cathode. The maximum power density is increasing due to the increase in operating temperature.
It is considered that the conductivity of the electrolyte is improved and the reaction (catalyst) activity is improved at the fuel electrode and the air electrode.

【0010】図20の曲線bからfは、Sm1-xSrx
oO3から成る空気極52の純粋な酸素雰囲気での導電
性のアレニウスプロットを示す。Srの含有量(xの
値)が0、0.3、0.4、0.5及び1の場合がそれ
ぞれ曲線b、c、d、e及びfで示されている。x=0
の場合即ちSmCoO3(曲線b参照)から成る空気極
の導電性(酸素イオンの導電性及び電子の導電性)はS
rのドープ量をx=0.3(曲線c参照)、0.4(曲
線d参照)と増加させるにつれて高くなり、x=0.5
(曲線e参照)のとき即ちSm0.5Sr0.5CoO3から
成る空気極で最高となっている。これは、Srのドープ
量の増加により空気極中に酸素の空孔が形成され、より
多くの酸素イオン及び電子が移動するためである。一
方、x=1(曲線f参照)のとき即ちSrCoO3から
成る空気極52では空孔は増加すると考えられるが、導
電性がSmCoO3から成る空気極52のそれよりも小
さくなっている。
Curves b to f in FIG. 20 are Sm 1-x Sr x C
3 shows an Arrhenius plot of conductivity of a cathode 52 made of oO 3 in a pure oxygen atmosphere. The cases where the Sr content (value of x) is 0, 0.3, 0.4, 0.5 and 1 are shown by curves b, c, d, e and f, respectively. x = 0
In the case of SmCoO 3 (see curve b), the conductivity of the air electrode (conductivity of oxygen ions and conductivity of electrons) is S
As the doping amount of r is increased to x = 0.3 (see the curve c) and 0.4 (see the curve d), it becomes higher, and x = 0.5.
In the case of (see curve e), that is, the air electrode made of Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 has the highest value. This is because oxygen vacancies are formed in the air electrode due to an increase in the doping amount of Sr, and more oxygen ions and electrons move. On the other hand, x = 1 is considered to pores in the air electrode 52 made of the time i.e. SrCoO 3 (see curve f) is increased, conductivity is smaller than that of the air electrode 52 made of SmCoO 3.

【0011】また、図21はSm1-xSrxCoO3から
成る空気極52を温度1073K(約800℃)、電流密度
0.3A/cm-2で作動させた場合、xの値を変化させ
たときの空気極におけるIRロス(曲線g参照)及びオ
ーバポテンシャル(曲線h参照)を示す。ここで、「I
Rロス」とは空気極を構成する物質が持つ電気抵抗によ
る内部抵抗ロスのことであり、電圧値で表わす。電圧値
が小さい程空気極として優れている。
Further, FIG. 21 shows that when the air electrode 52 made of Sm 1-x Sr x CoO 3 is operated at a temperature of 1073 K (about 800 ° C.) and a current density of 0.3 A / cm -2 , the value of x changes. The IR loss (see the curve g) and the overpotential (see the curve h) at the air electrode are shown. Here, "I
“R loss” is an internal resistance loss due to the electric resistance of the substance forming the air electrode, and is represented by a voltage value. The smaller the voltage value, the better the air electrode.

【0012】一方、「オーバポテンシャル」とは電極反
応に伴う空気極の内部ロスである。換言すれば、電極反
応のために必要な活性化エネルギのことで、活性化分極
とも呼ばれ、電圧値(分極値)で表される。その電圧値
は材料自体の活性と、電極にしたときの構造、反応エリ
ア等により決まる。
On the other hand, the "overpotential" is the internal loss of the air electrode due to the electrode reaction. In other words, it is the activation energy required for the electrode reaction and is also called activation polarization, and is represented by a voltage value (polarization value). The voltage value is determined by the activity of the material itself, the structure of the electrode, the reaction area, and the like.

【0013】一般に、IRロス及びオーバポテンシャル
は空気極52の組成に依存し、SmCoO3中にドープ
されたSrのドープ量の関数になる。ここでは、IRロ
ス及びオーバポテンシャルは、Srのドープ量がx=
0.1から0.2、0.3と増加するにつれて次第に小
さくなり、x=0.5のとき即ちSm0.5Sr0.5CoO
3から成る空気極52において最小になっている。前述
したように、このとき最大電力密度は最大である。よっ
て、空気極52のIRロス及びオーバポテンシャルの減
少はその導電性が上昇した結果であることが分かる。そ
の後、xの値が0.6から1.0に増加するにつれて、
IRロス及びオーバポテンシャルは次第に大きくなって
いる。
Generally, the IR loss and the overpotential depend on the composition of the air electrode 52, and are a function of the doping amount of Sr doped in SmCoO 3 . Here, regarding IR loss and overpotential, the doping amount of Sr is x =
It gradually decreases as it increases from 0.1 to 0.2 and 0.3, and when x = 0.5, that is, Sm 0.5 Sr 0.5 CoO
It is minimized in the air electrode 52 consisting of three . As described above, the maximum power density at this time is the maximum. Therefore, it can be seen that the IR loss and the decrease in overpotential of the air electrode 52 are the result of the increase in the conductivity thereof. After that, as the value of x increases from 0.6 to 1.0,
IR loss and overpotential are gradually increasing.

【0014】[0014]

【非特許文献1】J.Electrochem. Soc.Vol.145, No.9,
September 1998
[Non-Patent Document 1] J. Electrochem. Soc. Vol. 145, No. 9,
September 1998

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】次に、固体電解質型燃
料電池の作動温度について説明する。固体電解質型燃料
電池は一般に800℃から1000℃で作動されるが、これ
を電気自動車の電源として利用するには、起動性及び信
頼性等の観点から、作動温度を約600℃、望ましくは
600℃よりも低くすることが望ましい。ここで、「起
動性」とは、燃料電池をヒータで加熱し作動温度まで上
昇させて発電可能な状態にすることである。スペースに
制約がある電気自動車では大きなヒータを配置すること
は困難であり、なるべく作動温度を低くして小さなヒー
タで済ませることが望ましい。
The operating temperature of the solid oxide fuel cell will be described below. A solid oxide fuel cell is generally operated at 800 to 1000 ° C., but in order to use it as a power source for an electric vehicle, the operating temperature is about 600 ° C., preferably 600 ° C., from the viewpoint of startability and reliability. It is desirable that the temperature is lower than ° C. Here, the "startability" is to heat the fuel cell with a heater to raise the temperature to an operating temperature so that power can be generated. It is difficult to arrange a large heater in an electric vehicle having a limited space, and it is desirable to reduce the operating temperature as much as possible and use a small heater.

【0016】一方、「信頼性」とは電解質、電極に発生
する熱応力や、電解質、電極の熱的化学的な安定性のこ
とであり、作動温度が低い程熱応力の発生が防止され、
熱的安定性が向上する。以上の観点から、600℃以下
の温度でも良好に作動する高性能な空気極、燃料極及び
固体電解質の開発が期待されている。
On the other hand, "reliability" means the thermal stress generated in the electrolyte and the electrode, and the thermal and chemical stability of the electrolyte and the electrode. The lower the operating temperature is, the more the thermal stress is prevented from occurring.
Thermal stability is improved. From the above viewpoints, development of high-performance air electrodes, fuel electrodes, and solid electrolytes that operate well even at temperatures of 600 ° C. or less is expected.

【0017】しかし、上記従来例はSm0.5Sr0.5Co
3から成る空気極を含む固体電解質型燃料電池を作動
温度800℃で作動させたときの電極性能(IRロス及
びオーバポテンシャル)を示すのみである。空気極とし
てSm1-xSrxCoO3を採用した固定電解質型燃料電
池において、作動温度を600℃又はそれ以下の温度ま
で下げると、導電率の低下や反応速度の低下等の問題が
生ずる。そのため、酸素イオン生成のために大きな活性
エネルギが必要となり、電極性能が低下する。
However, in the above-mentioned conventional example, Sm 0.5 Sr 0.5 Co
It only shows the electrode performance (IR loss and overpotential) when a solid oxide fuel cell including an air electrode made of O 3 is operated at an operating temperature of 800 ° C. In a fixed electrolyte fuel cell employing Sm 1-x Sr x CoO 3 as an air electrode, if the operating temperature is lowered to 600 ° C. or lower, problems such as a decrease in conductivity and a decrease in reaction rate occur. Therefore, a large activation energy is required to generate oxygen ions, which deteriorates the electrode performance.

【0018】電池性能の低下は固体電解質の厚さを薄く
してその導電率を上昇させることによりある程度防止で
きるが、薄膜化のための実用的な技術は未開発であるの
が実状である。また、電池性能の低下を補うために高価
な貴金属触媒を多量に使用すると空気極ひいては燃料電
池の製造コストが上昇する。
The deterioration of the battery performance can be prevented to some extent by reducing the thickness of the solid electrolyte and increasing its conductivity, but the practical technique for thinning the film is still undeveloped. Further, if a large amount of expensive noble metal catalyst is used to compensate for the deterioration of the cell performance, the manufacturing cost of the air electrode and thus of the fuel cell increases.

【0019】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、400℃から600℃の低温でも酸素ガス中の酸素
分子を吸着できるA(A1A2)BO3型(A1:希土
類元素、A2:アルカリ土類金属)のペロブスカイト型
酸化物を提供することを目的とする。また、本発明は4
00℃から600℃の低温でも良好に作動し、従来例を
800℃で作動させた場合と同等の電極性能が得られ
る、ペロブスカイト型酸化物から成る燃料電池用空気極
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is A (A1A2) BO 3 type (A1: rare earth element, A2: alkaline earth) capable of adsorbing oxygen molecules in oxygen gas even at a low temperature of 400 ° C to 600 ° C. It is an object of the present invention to provide a perovskite type oxide of a (metal). Further, the present invention is 4
An object of the present invention is to provide a fuel cell air electrode made of a perovskite type oxide, which operates well even at a low temperature of 00 ° C to 600 ° C, and has an electrode performance equivalent to that obtained when the conventional example is operated at 800 ° C. To do.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本願の発明者は、上記従
来例においてオーバポテンシャルが、xの値が0.1か
ら0.5に増加するにつれて次第に低下しているのに対
して、0.6から1.0に増加するにつれて次第に増加
している理由を考えた。その結果、作動温度が800℃
の場合は、xの値が0.6から次第に増加するにつれて
空孔が多く形成され過ぎペロブスカイト型酸化物の構造
安定性が低下し、酸素イオンの伝導が妨げられるからで
はないかと考えた。
The inventor of the present application has found that the overpotential in the above-mentioned conventional example gradually decreases as the value of x increases from 0.1 to 0.5. The reason why the number gradually increased as it increased from 6 to 1.0 was considered. As a result, the operating temperature is 800 ℃
In this case, it is thought that this is because, as the value of x gradually increases from 0.6, a large number of vacancies are formed and the structural stability of the perovskite type oxide is lowered, and the conduction of oxygen ions is hindered.

【0021】しかし、オーバポテンシャルは構造安定性
の他にも、空気極及び固体電解質の導電率や、空気極に
おける触媒活性等により決まるものであり、作動温度が
600℃又はそれ以下であれば、xの値が0.5から次
第に増加しても満足できる電極性能が得られると考え
て、本発明を完成した。
However, the overpotential is determined by the conductivity of the air electrode and the solid electrolyte, the catalytic activity of the air electrode, etc., in addition to the structural stability. If the operating temperature is 600 ° C. or lower, The present invention has been completed on the assumption that satisfactory electrode performance can be obtained even when the value of x gradually increases from 0.5.

【0022】本願の第1発明は、請求項1に記載してい
るように、A(A1A2)BO3形式のペロブスカイト
型酸化物であって、A1サイトにSm、Pr、Gd及び
Ndの一種又は複数種の希土類元素を、A2サイトにS
r、Ca及びBaの一種又は複数種のアルカリ土類金属
を、Bサイトにコバルトをそれぞれ含み、希土類元素と
前記アルカリ土類金属との占有割合は0.5:0.5か
ら0.1:0.9であることを特徴とする。このペロブ
スカイト型酸化物は酸素ガス中の酸素分子の吸着が必要
とされる分野、用途において使用され、酸素分子を有効
に吸着する。
The first invention of the present application is, as described in claim 1, an A (A1A2) BO 3 type perovskite type oxide, wherein one of Sm, Pr, Gd and Nd at the A1 site or Multiple kinds of rare earth elements are added to S
r, Ca, and Ba each contain one or more kinds of alkaline earth metals, and each B site contains cobalt, and the occupation ratio of the rare earth element to the alkaline earth metal is 0.5: 0.5 to 0.1: It is characterized by being 0.9. This perovskite type oxide is used in fields and applications where adsorption of oxygen molecules in oxygen gas is required, and it effectively adsorbs oxygen molecules.

【0023】請求項2に記載のペロブスカイト型酸化物
は、請求項1において、希土類元素とアルカリ土類金属
との占有割合は望ましくは、0.4:0.6から0.
2:0.8である。請求項3に記載のペロブスカイト型
酸化物は、請求項1において、作動温度400℃から6
00℃で作動し、酸素分子を吸着するために使用され
る。
In the perovskite type oxide according to the second aspect, in the first aspect, the occupation ratio of the rare earth element and the alkaline earth metal is preferably 0.4: 0.6 to 0.
2: 0.8. The perovskite type oxide according to claim 3 is the same as that according to claim 1, wherein the operating temperature is from 400 ° C to 6 ° C.
It operates at 00 ° C and is used to adsorb oxygen molecules.

【0024】また、本願の第2発明は、請求項4に記載
しているように、A(A1A2)BO3形式を持ち、A
1サイトに希土類元素を、A2サイトにアルカリ土類金
属を、Bサイトにコバルトをそれぞれ含むペロブスカイ
ト型酸化物から成り、その一面において燃料電池の電解
質の一面に積層され、空気中の酸素を吸着する空気極で
あって、希土類元素とアルカリ土類金属との元素占有割
合は0.5:0.5から0.1:0.9であることを特
徴とする。この空気極は供給される空気中の酸素分子を
吸着し、酸素イオンが電解質に移動する際の伝導体とな
る。
Further, the second invention of the present application has the A (A1A2) BO 3 format as described in claim 4,
It consists of a perovskite type oxide containing a rare earth element at one site, an alkaline earth metal at A2 site, and cobalt at B site, and one surface of which is laminated on one surface of an electrolyte of a fuel cell to adsorb oxygen in the air. The air electrode is characterized in that the element occupancy ratio between the rare earth element and the alkaline earth metal is 0.5: 0.5 to 0.1: 0.9. This air electrode adsorbs oxygen molecules in the supplied air and serves as a conductor when oxygen ions move to the electrolyte.

【0025】請求項5に記載の燃料電池用空気極は、請
求項4において、希土類元素とアルカリ土類金属との占
有割合は望ましくは、0.4:0.6から0.2:0.
8である。請求項6に記載の燃料電池用空気極は、請求
項4において、空気極は平板形状又は円筒形状を有す
る。請求項7に記載の燃料電池用空気極は、請求項4に
おいて、燃料電池は固体電解質型である。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell air electrode according to the fourth aspect, the occupancy ratio of the rare earth element and the alkaline earth metal is preferably 0.4: 0.6 to 0.2: 0.
8 The air electrode for a fuel cell according to a sixth aspect is the air electrode according to the fourth aspect, wherein the air electrode has a flat plate shape or a cylindrical shape. In the air electrode for a fuel cell according to claim 7, in the fuel cell according to claim 4, the fuel cell is a solid electrolyte type.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】<ペロブスカイト型酸化物>本発
明のペロブスカイト型酸化物のA1サイトの希土類元素
はSm、Pr、Gd及びNdの一種又は複数種を含む。
Sm、Pr、Gd及びNdの複数種とは、4個の元素か
ら2個、3個又は4個選択できることを意味する。これ
らの希土類元素のうち特にSmが望ましい。一方、A2
サイトのアルカリ土類金属はSr、Ca及びBaの一種
又は複数種を含む。Sr、Ca及びBaの複数種とは、
3個の元素から2個又は3個選択できることを意味す
る。これらのアルカリ土類金属のうち特にSrが望まし
い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION <Perovskite type oxide> The rare earth element at the A1 site of the perovskite type oxide of the present invention contains one or more of Sm, Pr, Gd and Nd.
Plural kinds of Sm, Pr, Gd and Nd mean that two, three or four elements can be selected from four elements. Of these rare earth elements, Sm is particularly desirable. On the other hand, A2
The alkaline earth metal at the site contains one or more of Sr, Ca and Ba. With plural kinds of Sr, Ca and Ba,
This means that two or three elements can be selected from the three elements. Of these alkaline earth metals, Sr is particularly desirable.

【0027】なお、A1サイトの希土類元素とA2サイ
トのアルカリ土類金属との組合せ方は、希土類元素の個
数とアルカリ土類金属の個数とを乗じた数だけある。そ
のうち、SmとSrとの組合せが特に望ましい。
The number of combinations of the rare earth element at the A1 site and the alkaline earth metal at the A2 site is the number obtained by multiplying the number of rare earth elements by the number of alkaline earth metals. Among them, the combination of Sm and Sr is particularly desirable.

【0028】A1サイトの希土類元素とA2サイトのア
ルカリ土類金属との占有割合は0.5:0.5から0.
1:0.9である。よって、占有割合は、0.5:0.
5、0.4:0.6、0.3:0.7、0.2:0.
8、0.1:0.9等を含む。但し、これら以外(これ
らの間)の占有割合、例えば、0.45:0.55、
0.35:0.65等を採用することもできる。なお、
望ましい占有割合は0.4:0.6、0.3:0.7、
0.2:0.8である。
The occupation ratio of the rare earth element at the A1 site to the alkaline earth metal at the A2 site is 0.5: 0.5 to 0.
It is 1: 0.9. Therefore, the occupation ratio is 0.5: 0.
5, 0.4: 0.6, 0.3: 0.7, 0.2: 0.
8, 0.1: 0.9, etc. are included. However, the occupancy ratio other than these (between these), for example, 0.45: 0.55,
It is also possible to adopt 0.35: 0.65 or the like. In addition,
Desirable occupation ratio is 0.4: 0.6, 0.3: 0.7,
It is 0.2: 0.8.

【0029】占有割合が0.5:0.5よりもアルカリ
土類金属が増加すると、上記酸素吸着力が低下又は不足
するので、そのような占有割合は望ましくない。反対
に、占有割合が0.1:0.9よりもアルカリ土類金属
が減少すると、ペロブスカイト型酸化物の結晶構造がゆ
がみ導電性が低下するので、そのような占有割合は望ま
しくない。
If the alkaline earth metal increases more than the occupancy rate of 0.5: 0.5, the above oxygen adsorption power is reduced or insufficient, and such an occupancy rate is not desirable. On the contrary, when the occupancy rate is less than 0.1: 0.9, the crystal structure of the perovskite type oxide is distorted and the conductivity decreases, so that the occupancy rate is not desirable.

【0030】本発明のペロブスカイト型酸化物は酸素を
吸着する性質を持つ。その理由は、A1サイトの希土類
元素及びBサイトのCoは+3価のイオンであるのに対
して、A2サイトのアルカリ土類金属は+2価のイオン
であるので、アルカリ土類金属の注入により不安定なC
4+が生成され、酸化力(酸素に対する活性)が増大す
るからである。
The perovskite type oxide of the present invention has a property of adsorbing oxygen. The reason is that the rare earth element at the A1 site and the Co at the B site are +3 valent ions, whereas the alkaline earth metal at the A2 site is a +2 valent ion, so that the alkaline earth metal is uncharged by injection of the alkaline earth metal. Stable C
This is because o 4+ is generated and the oxidizing power (activity for oxygen) is increased.

【0031】この酸素吸着性の故に、ペロブスカイト型
酸化物は燃料電池の空気極の他に、第1にCOや低級の
炭化水素酸化触媒として、第2にメタノールやメタン等
の完全燃焼触媒として、第3に排ガス中のNOx除去触
媒として、第4にメタンの酸化的カップリング触媒とし
て、第5にエチレンの水素化触媒として、第6にCOや
酸素ガスセンサ等として、それぞれ利用することができ
る。 <燃料電池、空気極>本発明のペロブスカイト型酸化物
を固体電解質型燃料電池(以下、発明の実施の態様の欄
において適宜「燃料電池」と略称する)の空気極として
使用する場合について説明する。燃料電池は固体電解質
と、その一面側の空気極と、その他面側の燃料極とを含
む。形式は平板型でも良いし、円筒型でも良い。
Due to this oxygen adsorption property, the perovskite type oxide is used, in addition to the air electrode of the fuel cell, firstly as a CO or lower hydrocarbon oxidation catalyst, and secondly as a complete combustion catalyst for methanol, methane, etc. Thirdly, it can be used as a catalyst for removing NOx in exhaust gas, fourthly as an oxidative coupling catalyst for methane, fifthly as a hydrogenation catalyst for ethylene, and sixthly as a CO or oxygen gas sensor or the like. <Fuel Cell, Air Electrode> A case where the perovskite oxide of the present invention is used as an air electrode of a solid oxide fuel cell (hereinafter, abbreviated as “fuel cell” in the embodiments of the invention) will be described. . The fuel cell includes a solid electrolyte, an air electrode on one surface side, and a fuel electrode on the other surface side. The form may be a flat plate type or a cylindrical type.

【0032】一部上述したように、空気極は酸素を吸着
し易いこと、固体電解質に向かう酸素イオンの移動が容
易であること、高温の酸素雰囲気で熱力学的に安定であ
ること、及び酸素が固体電解質との界面に移動し易いよ
うに多孔質であること、等が要求される。これを考慮す
ると、A1サイトに希土類元素を、A2サイトにアルカ
リ土類金属を、Bサイトにコバルトを含み、多孔質でガ
ス拡散性に富み、電子伝導性を持つペロブスカイト型酸
化物は空気極の材質として好適である。 空気極はその一面において固体電解質の一面側に積層
され、その他面には酸素ガス等の流通路を形成する複数
本の凹溝が形成されている。 固体電解質は酸素イオンO2-の伝導体であり、水素と
酸素とを物理的に隔離する。よって、一部上述したよう
に、その材質は酸素イオンO2-の伝導性が高く、空気極
側の酸化性雰囲気でも、燃料極側の還元性雰囲気でも化
学的に安定しており、緻密であることが求められる。そ
の材質としては一般に、イットリア安定化ジルコニア
(YSZ)が使用されている。但し、本発明の空気極は
400℃から600℃前後の低温で作動するので、固体
電解質の材質としてはLa(Sr)Ga(Mg、Co)
3が適している。その他にも、ストロンチウム、マグ
ネシウムをドープしたランタンガーレートや、サマリウ
ムをドープしたセリアを使用することが望ましい。 燃料極は、一部上述したように、高温の還元雰囲気で
熱力学的に安定していること、電子導電性が大きいこ
と、水素との親和性があること、多孔質であること等が
要求される。その材質としては一般にサーメットが適
し、例えばNi−YSZが使用されている。但し、本発
明の空気極は400℃から600℃の低温で作動するの
で、燃料極の材質としてはNi−SDC等を使用するこ
とが望ましい。
As described above in part, the air electrode is easily adsorbed with oxygen, the oxygen ions are easily moved toward the solid electrolyte, it is thermodynamically stable in a high temperature oxygen atmosphere, and Are required to be porous so that they can easily move to the interface with the solid electrolyte. Taking this into consideration, a perovskite-type oxide that contains a rare earth element at the A1 site, an alkaline earth metal at the A2 site, and cobalt at the B site, is porous and rich in gas diffusion, and has electron conductivity is It is suitable as a material. The air electrode is stacked on one surface of the solid electrolyte on one surface thereof, and has a plurality of recessed grooves forming a flow passage for oxygen gas or the like on the other surface. The solid electrolyte is a conductor of oxygen ions O 2− and physically separates hydrogen from oxygen. Therefore, as described above in part, the material has high conductivity of oxygen ions O 2− , is chemically stable in both the oxidizing atmosphere on the air electrode side and the reducing atmosphere on the fuel electrode side, and is dense and dense. It is required to be. Yttria-stabilized zirconia (YSZ) is generally used as the material. However, since the air electrode of the present invention operates at a low temperature of about 400 ° C. to 600 ° C., the material of the solid electrolyte is La (Sr) Ga (Mg, Co).
O 3 is suitable. In addition, it is preferable to use lanthanum gallate doped with strontium or magnesium, or ceria doped with samarium. As mentioned above, the fuel electrode is required to be thermodynamically stable in a high-temperature reducing atmosphere, have high electronic conductivity, have an affinity for hydrogen, and be porous. To be done. Cermet is generally suitable as the material, and for example, Ni-YSZ is used. However, since the air electrode of the present invention operates at a low temperature of 400 ° C. to 600 ° C., it is desirable to use Ni-SDC or the like as the material of the fuel electrode.

【0033】燃料極はその一面において固体電解質の他
面側に積層され、その他面には水素ガス等の流通路を形
成する複数本の凹溝が形成されている。 セル、セパレータ(インタコネクタ)固体電解質、燃
料極及び空気極によりセル(単電池)が形成される。単
独のセルでは電圧が低いために複数個のセルを直列に接
続して所望の電圧を得る。
The fuel electrode is laminated on one surface of the solid electrolyte on the other surface side of the solid electrolyte, and on the other surface thereof, a plurality of concave grooves forming a flow passage for hydrogen gas or the like are formed. A cell (unit cell) is formed by the cell, the separator (interconnector) solid electrolyte, the fuel electrode and the air electrode. Since a single cell has a low voltage, a plurality of cells are connected in series to obtain a desired voltage.

【0034】セパレータは一部上述したように、平板型
の燃料電池において、隣接するセル同士を直列に接続す
るものである。円筒型の燃料電池では、インタコネクタ
と呼ぶ。何れの場合でも、高温で酸化雰囲気にある空気
極と、還元雰囲気にある燃料極とをしっかり接続する必
要がある。これを考慮して、酸化にも還元にも強く、か
つ何れの雰囲気でも電子伝導性が良くイオン伝導性がな
い緻密な物質から成る。 <製造方法>空気極は、第1タイプでは、Sm1-xSrx
CoO3原料粉末の準備工程、仮焼け工程、粉砕工程、
ペースト作製工程、スクリーン印刷工程及び焼付け工程
により成形される。第2タイプでは、共沈法によるSm
1-xSrxCoO3の原料粉末の合成工程、原料粉末のペ
ースト化工程、ペーストの電解質へのスクリーン印刷工
程、及びペーストの焼付け工程から成る。第1タイプで
も第2タイプでも、焼付け工程の温度は1000℃又は
900℃とすることができる。
As described above, the separator partially connects adjacent cells in series in the flat plate type fuel cell. In a cylindrical fuel cell, it is called an interconnector. In either case, it is necessary to firmly connect the air electrode in the oxidizing atmosphere at high temperature and the fuel electrode in the reducing atmosphere. In consideration of this, it is composed of a dense substance that is strong against oxidation and reduction, has good electron conductivity in any atmosphere, and has no ionic conductivity. <Manufacturing Method> In the first type, the air electrode is Sm 1-x Sr x
CoO 3 raw material powder preparation process, calcination process, crushing process,
It is formed by a paste making process, a screen printing process and a baking process. In the second type, Sm by coprecipitation method
It comprises a step of synthesizing a raw material powder of 1-x Sr x CoO 3, a step of forming the raw material powder into a paste, a step of screen-printing the paste on an electrolyte, and a step of baking the paste. In both the first type and the second type, the temperature of the baking process can be 1000 ° C or 900 ° C.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を基にして
説明する。 <実施例> (固体電解質型燃料電池)前記図14に示すように、平
板型の固体電解質型燃料電池(以下、実施例の欄におい
て適宜「燃料電池」と略称する)は、固体電解質11
と、その両側に配置された空気極12及び燃料極13と
を含む単セル15と、隣接する単セル間に介在されたセ
パレータ17とから成る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. <Example> (Solid-electrolyte fuel cell) As shown in FIG. 14, the flat-plate solid-electrolyte fuel cell (hereinafter, abbreviated as "fuel cell" in the Examples section) is a solid electrolyte 11
And a single cell 15 including an air electrode 12 and a fuel electrode 13 arranged on both sides thereof, and a separator 17 interposed between adjacent single cells.

【0036】平板状の固体電解質11はLa(Sr)G
a(Mg、Co)O3から成り厚さは0.5mmであ
る。平板状の空気極12はSm0.2Sr0.8CoO3から
成り、厚さは20μm程度であり、その一面には酸素ガ
スが流通する凹溝12aが形成されている。平板状の燃
料極13はNi−SDCから成り、厚さは20μm程度
であり、その一面には水素ガスが流通する凹溝13aが
形成されている。 (固体電解質型燃料電池の製造方法)燃料電池の製造方
法について説明する。固体電解質11の一面に燃料極1
3を形成後、他面に空気極12を形成する。例えば、固
体電解質11はLa(Sr)Ga(MgCo)O3から
公知の方法(例えばドクタブレード)により作製する。
固体電解質11の一面にNi−SDCから成る燃料極1
3を公知の方法で形成する。
The plate-shaped solid electrolyte 11 is La (Sr) G.
It is made of a (Mg, Co) O 3 and has a thickness of 0.5 mm. The plate-shaped air electrode 12 is made of Sm 0.2 Sr 0.8 CoO 3 and has a thickness of about 20 μm, and a concave groove 12 a through which oxygen gas flows is formed on one surface thereof. The flat plate-shaped fuel electrode 13 is made of Ni-SDC, has a thickness of about 20 μm, and has a groove 13a through which hydrogen gas flows, formed on one surface thereof. (Manufacturing Method of Solid Electrolyte Fuel Cell) A manufacturing method of the fuel cell will be described. Fuel electrode 1 on one side of solid electrolyte 11
After forming 3, the air electrode 12 is formed on the other surface. For example, the solid electrolyte 11 is made of La (Sr) Ga (MgCo) O 3 by a known method (for example, a doctor blade).
Fuel electrode 1 made of Ni-SDC on one surface of the solid electrolyte 11
3 is formed by a known method.

【0037】図1に示すように、空気極12の形成工程
は、Sm1-xSrxCoO3原料粉末の準備工程(ステッ
プS1)、仮焼け工程(ステップS2)、粉砕工程(ス
テップS3)、ペースト作製工程(ステップS4)、ス
クリーン印刷工程(ステップS5)及び焼付け工程(ス
テップS6)に大別される。このうち、S1の準備工程
では、6種類の原料粉末、即ちSm0.6Sr0.4Co
3、Sm0.5Sr0.5CoO3、Sm0.4Sr0.6Co
3、Sm0.3Sr0.7CoO3、Sm0.2Sr0.8Co
3、Sm0.1Sr0.9CoO3から成る原料粉末を準備す
る。
As shown in FIG. 1, the step of forming the air electrode 12 includes a step of preparing Sm 1-x Sr x CoO 3 raw material powder (step S 1), a step of calcination (step S 2) and a step of crushing (step S 3). , A paste production process (step S4), a screen printing process (step S5), and a baking process (step S6). Among these, in the preparation step of S1, six kinds of raw material powders, that is, Sm 0.6 Sr 0.4 Co
O 3 , Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 , Sm 0.4 Sr 0.6 Co
O 3 , Sm 0.3 Sr 0.7 CoO 3 , Sm 0.2 Sr 0.8 Co
A raw material powder consisting of O 3 and Sm 0.1 Sr 0.9 CoO 3 is prepared.

【0038】S2の仮焼き工程では、上記6種類の原料
粉末を1000℃で24時間焼く。S3の粉砕工程で
は、仮焼きした粉末を乳針及び乳棒を用いて粉砕する。
S4のペースト作製工程では、粉砕した粉末0.5gに
対してポリエチレングリコール0.2gを混ぜてペース
トを作成する。
In the calcination step of S2, the above six kinds of raw material powders are baked at 1000 ° C. for 24 hours. In the crushing step of S3, the calcined powder is crushed using a pestle and a pestle.
In the paste preparation step of S4, 0.2 g of polyethylene glycol is mixed with 0.5 g of the ground powder to prepare a paste.

【0039】S5のスクリーン印刷工程では、固体電解
質11を塗布装置(不図示)上に載置し、空気極12と
同じ形状の型を持つスクリーン版をその上方に配置す
る。そして、スキージをスクリーン版に沿って移動させ
ると、型を通してペースト(スラリ)が固定電解質11
上に塗布される。S6の焼付け工程では、ペーストがス
クリーン印刷された空気極を1000℃で4時間焼き付け
る。
In the screen printing step of S5, the solid electrolyte 11 is placed on a coating device (not shown), and a screen plate having the same shape as the air electrode 12 is placed above it. When the squeegee is moved along the screen plate, the paste (slurry) passes through the mold and the fixed electrolyte 11
Applied over. In the baking step of S6, the air electrode on which the paste is screen-printed is baked at 1000 ° C. for 4 hours.

【0040】続いて、原料粉末の準備について図2を基
に詳述する。図2に示すように、原料粉末の準備工程
は、原料金属イオン炭酸塩又は水酸化物の準備工程(ス
テップS11)、調合工程(ステップS12)、合成工
程(ステップS13)、乾燥工程(ステップS14)、
分解焼成工程(ステップS15)、脱炭素焼成工程(ス
テップS16)、本焼成工程(ステップS17)、粉砕
工程(ステップS18)及び製品完成工程(ステップS
19)から成る。
Next, the preparation of the raw material powder will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the raw material powder preparation step includes a raw material metal ion carbonate or hydroxide preparation step (step S11), a blending step (step S12), a synthesis step (step S13), and a drying step (step S14). ),
Decomposition firing step (step S15), decarbonization firing step (step S16), main firing step (step S17), crushing step (step S18) and product completion step (step S)
19).

【0041】このうち、S11で準備した原料金属イオ
ン炭酸塩又は水酸化物に、S12で水を調合する。この
とき、1/1000モルのレベルでその組成を制御することが
できる。S13では、調合物にクエン酸を合成する。こ
のとき式(3)で示す化学反応が生ずる。
Of these, the raw material metal ion carbonate or hydroxide prepared in S11 is mixed with water in S12. At this time, the composition can be controlled at a level of 1/1000 mol. In S13, citric acid is synthesized in the formulation. At this time, the chemical reaction represented by the formula (3) occurs.

【0042】 M1CO3+M2(OH)+CH3OH(COOH) →M12{CH3OH(COOH)3}+CO2+H2O ・・(3) S14で合成物を乾燥させると、均一で微細な複合酸化
物前駆体クエン酸塩が形成される。S15でこの合成物
を分解焼成するとクエン酸が分解される。S16の脱炭
素焼成では炭素を除去しつつ焼成する。このとき二酸化
炭素及び水以外は発生しない。
When the compound is dried with M 1 CO 3 + M 2 (OH) + CH 3 OH (COOH) → M 1 M 2 {CH 3 OH (COOH) 3 } + CO 2 + H 2 O .. (3) S14 A uniform and fine complex oxide precursor citrate is formed. When the compound is decomposed and fired in S15, citric acid is decomposed. In the decarbonization firing of S16, firing is performed while removing carbon. At this time, only carbon dioxide and water are generated.

【0043】S17の本焼成では、固相法よりも300
から400℃低い温度約1000℃で結晶が組まれる。S1
8の粉砕により比表面積が大きい反応性の良い粉体が得
られる。S19で製品としての粉末SmSrCoO3
完成する。この製造方法は湿式法のため、均一かつ高純
度の原料の工業的生産が可能であり、コストが低減され
る。
In the main calcination of S17, 300 times more than in the solid phase method.
Crystals are assembled at a temperature of about 1000 ° C lower than about 400 ° C. S1
By pulverizing No. 8, a powder having a large specific surface area and good reactivity can be obtained. The powder SmSrCoO 3 as a product is completed in S19. Since this manufacturing method is a wet method, uniform and highly pure raw materials can be industrially produced, and the cost can be reduced.

【0044】作動時、この燃料電池はヒータにより60
0℃まで加熱され、空気極12に酸素が供給され、燃料
極13に水素が供給される。すると、酸素は空気極12
を通過して固体電解質11との界面近傍に到達し、空気
極12から電子を受け取って酸素イオンになる。酸素イ
オンは固体電解質11中を空気極12から燃料極13に
向かって拡散移動し、燃料極13との界面近傍で水素と
反応する。これにより、燃料極13に電子を放出し、水
が生成される。電子は外部回路18を通って空気極12
に流れ、空気極12から燃料極13に電流が流れる。 (試験用燃料電池の作製)上記空気極12の電極性能
(分極値)を調べるために試験用燃料電池(ハーフセ
ル)を作製した。ハーフセル20とは、図3に示すよう
に、上記燃料電池の固体電解質11と同様の構成の固体
電解質21の一面及び他面に、上記空気極12と同様の
構成の6種類の空気極22を形成したものである。この
様にすれば、一方の空気極22のみの反応を取り出して
電極性能を評価することができ、便利である。以下、空
気極22のSrの含有率が0.4、0.5、0.6、
0.7、0.8及び0.9のハーフセルを、それぞれ第
1ハーフセル、第2ハーフセル、第3ハーフセル、第4
ハーフセル、第5ハーフセル及び第6ハーフセルと呼
ぶ。
In operation, the fuel cell is heated by the heater to 60
After being heated to 0 ° C., oxygen is supplied to the air electrode 12 and hydrogen is supplied to the fuel electrode 13. Then, oxygen becomes the air electrode 12
To reach the vicinity of the interface with the solid electrolyte 11 and receive electrons from the air electrode 12 to become oxygen ions. The oxygen ions diffusely move in the solid electrolyte 11 from the air electrode 12 toward the fuel electrode 13, and react with hydrogen in the vicinity of the interface with the fuel electrode 13. As a result, electrons are emitted to the fuel electrode 13 and water is generated. The electrons pass through the external circuit 18 and the air electrode 12
Current flows from the air electrode 12 to the fuel electrode 13. (Preparation of Test Fuel Cell) A test fuel cell (half cell) was prepared to examine the electrode performance (polarization value) of the air electrode 12. As shown in FIG. 3, the half cell 20 includes six kinds of air electrodes 22 having the same structure as the air electrode 12 on one surface and the other surface of the solid electrolyte 21 having the same structure as the solid electrolyte 11 of the fuel cell. It was formed. In this way, the reaction of only one of the air electrodes 22 can be taken out to evaluate the electrode performance, which is convenient. Below, the Sr content of the air electrode 22 is 0.4, 0.5, 0.6,
0.7, 0.8 and 0.9 half cells are respectively replaced by a first half cell, a second half cell, a third half cell and a fourth half cell.
They are called a half cell, a fifth half cell, and a sixth half cell.

【0045】分極値(オーバポテンシャル)により空気
極12の電極性能を評価するのは以下の理由による。空
気極12を作動温度(600℃)に上昇させ酸素分子を
酸素イオンに変化させるための熱エネルギを外部から燃
料電池に供給する。しかし、燃料電池10には内部抵抗
があり、加える熱エネルギの全てが発電に使われるわけ
ではない。酸素分子が酸素イオンに変化するのに必要な
エネルギを活性化分極と呼び、酸素分子から酸素イオン
に変化し易い程分極値が小さく、性能の良い空気極と言
うことができる。 (電極性能の試験)上記第1から第6ハーフセルに酸素
を供給し、発電したときの電極性能を電流遮断法により
調べた。試験温度は600℃程度であり、酸化剤(雰囲
気)は空気である。
The electrode performance of the air electrode 12 is evaluated by the polarization value (overpotential) for the following reason. Thermal energy for raising the air electrode 12 to an operating temperature (600 ° C.) and changing oxygen molecules into oxygen ions is externally supplied to the fuel cell. However, since the fuel cell 10 has internal resistance, not all of the added heat energy is used for power generation. The energy required for the oxygen molecules to change into oxygen ions is called activation polarization, and it can be said that the more easily the oxygen molecules are changed to oxygen ions, the smaller the polarization value and the better the performance of the air electrode. (Test of Electrode Performance) The electrode performance when oxygen was supplied to the first to sixth half cells to generate electricity was examined by the current interruption method. The test temperature is about 600 ° C., and the oxidant (atmosphere) is air.

【0046】図4に、第1から第6ハーフセルにおける
空気極の電極性能を示す。電流密度(current densit
y)を200から1200mA/cm2まで変化させ、その時
のオーバポテンシャルを調べた。「電流密度」とは、空
気極の単位面積当たりの電流量のことであり、面積10
cm2で電流を1A流すと、1A/cm2=0.1A/c
2となる。図4及び図5の結果を表1に示す。
FIG. 4 shows the electrode performance of the air electrodes in the first to sixth half cells. Current densit
y) was changed from 200 to 1200 mA / cm 2, and the overpotential at that time was investigated. The "current density" is the amount of current per unit area of the air electrode, which is 10
When a current of 1 A is applied at cm 2 , 1 A / cm 2 = 0.1 A / c
It becomes m 2 . The results of FIGS. 4 and 5 are shown in Table 1.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】何れのハーフセルでも、電流密度が上昇す
るにつれてオーバポテンシャルも上昇している。セル即
ち燃料電池の最大出力は電流と電圧との関係から求ま
る。よって、空気極の電極性能を評価する際、電流密度
とオーバポテンシャルとの関係を検討することは意味が
ある。
In each half cell, the overpotential also rises as the current density rises. The maximum output of the cell, that is, the fuel cell is obtained from the relationship between current and voltage. Therefore, when evaluating the electrode performance of the air electrode, it is meaningful to consider the relationship between the current density and the overpotential.

【0049】図4によれば、例えば電流密度が600m
A/cm-2のとき、Smの量が減少しSrの含有量即ち
xの含有値が0.4から0.5、0.6、0.7と増加
するにつれて、曲線i、j、k及びlで示すように、オ
ーバポテンシャルは減少している。そして、曲線mで示
すように、x=0.8のとき即ち空気極がSm0.2Sr
0.8CoO3から成るハーフセル5の分極値が最少となっ
ている。この結果は600mA/cm-2以外の電流密度
でも同じである。なお、第1ハーフセルから第5ハーフ
セルの何れにおいても、電流密度が大きくなるにつれて
オーバポテンシャル量は増大している。
According to FIG. 4, for example, the current density is 600 m.
At A / cm −2 , as the amount of Sm decreases and the Sr content, that is, the content value of x increases from 0.4 to 0.5, 0.6, 0.7, the curves i, j, k And l, the overpotential is reduced. Then, as indicated by the curve m, when x = 0.8, that is, the air electrode is Sm 0.2 Sr.
The polarization value of the half cell 5 made of 0.8 CoO 3 is the minimum. This result is the same for current densities other than 600 mA / cm -2 . In each of the first half cell to the fifth half cell, the amount of overpotential increases as the current density increases.

【0050】ところで、曲線nで示すように、x=0.
9即ち空気極がSm0.1Sr0.9CoO3から成る第6ハ
ーフセルでは電極特性が低下している。これは、600
℃であっても、ペロブスカイト型酸化物の構造が不安定
となったためであると考えられる。
By the way, as shown by the curve n, x = 0.
9, that is, the sixth half cell in which the air electrode is made of Sm 0.1 Sr 0.9 CoO 3 has deteriorated electrode characteristics. This is 600
It is considered that this is because the structure of the perovskite oxide became unstable even at 0 ° C.

【0051】図5の曲線pは、空気極がSm0.2Sr0.8
CoO3から成る第5ハーフセルを600℃で作動させ
たとき、電流密度が2A/cm2=2000mA/cm2まで
の分極特性を示す。分極値は電池密度の上昇につれて上
昇し、また600℃において約20mV@300mA/
cm2で、これは従来例(Sm0.5Sr0.5CoO3)のオ
ーバポテンシャル20mV@300mA/cm2、80
0℃作動)と比べても遜色がない。
The curve p in FIG. 5 shows that the air electrode is Sm 0.2 Sr 0.8.
When the fifth half cell made of CoO 3 is operated at 600 ° C., it exhibits polarization characteristics with a current density of up to 2 A / cm 2 = 2000 mA / cm 2 . The polarization value increases as the cell density increases, and at 600 ° C, about 20 mV @ 300 mA /
cm 2 , which is the overpotential of the conventional example (Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 ) 20 mV @ 300 mA / cm 2 , 80
Comparable to (0 ° C operation).

【0052】Smの含有量の減少即ちSrの含有量の増
加により空気極12の電極性能が向上する理由を導電率
の面から調べた。詳述すると、前記6種類の空気極と同
じ組成を持つ6種類の緻密焼結体、即ち、Sm0.6Sr
0.4CoO3、Sm0.5Sr0.5CoO3、Sm0.4Sr0.6
CoO3、Sm0.3Sr0.7CoO3、Sm0.2Sr0.8Co
3、Sm0.1Sr0.9CoO3から成る緻密焼結体(第1
緻密焼結体1から第6緻密焼結体)を作製した。緻密焼
結体の形成工程は、6種類のSm1-xSrxCoO3原料
粉末の準備工程、1000℃で24時間の仮焼け工程、25
0kgf/cm2 での一軸形成工程、3000kgf/
cm2 でのCIP(冷間等方加圧)成形工程、及び1250
℃で5時間の焼成工程から成る。なお、焼成工程の昇降
温速度は、室温から850℃までは150℃/hであ
り、850℃から1250℃までは50℃/hである。
Decrease in Sm content, ie increase in Sr content
The reason why the electrode performance of the air electrode 12 is improved by the addition of conductivity is
I looked it up from the side. In detail, it is the same as the above 6 types of air electrodes.
Six kinds of dense sintered bodies with the same composition, that is, Sm0.6Sr
0.4CoO3, Sm0.5Sr0.5CoO3, Sm0.4Sr0.6
CoO3, Sm0.3Sr0.7CoO3, Sm0.2Sr0.8Co
O3, Sm0.1Sr0.9CoO3Dense sintered body (1st
Dense sintered bodies 1 to 6) were produced. Dense firing
6 kinds of Sm1-xSrxCoO3material
Powder preparation process, calcination process for 24 hours at 1000 ℃, 25
0 kgf / cm2 Uniaxial forming process at 3000 kgf /
cm2CIP (Cold Isostatic Pressing) molding process, and 1250
It consists of a firing step at 5 ° C. for 5 hours. In addition, raising and lowering of the firing process
The temperature rate is 150 ° C / h from room temperature to 850 ° C.
It is 50 ° C./h from 850 ° C. to 1250 ° C.

【0053】第1から第6緻密焼結体を500から80
0℃で作動させた時の導電率を直流4端子法により測定
した。その結果を、図6において、曲線r、q、r、
s、t、u及びvで示す。曲線qがSm0.6Sr0.4Co
3に、曲線rがSm0.5Sr0.5CoO3に、曲線sがS
0.4Sr0.6CoO3に、曲線tがSm0.3Sr0.7Co
3に、曲線uがSm0.2Sr0.8CoO3に、そして曲線
vがSm0.1Sr0.9CoO3に相当する。
From the first to the sixth dense sintered body, 500 to 80
The conductivity when operated at 0 ° C. was measured by the DC 4-terminal method. The results are shown in FIG. 6 as curves r, q, r,
Denote by s, t, u and v. Curve q is Sm 0.6 Sr 0.4 Co
O 3 , the curve r is Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 , and the curve s is S
m 0.4 Sr 0.6 CoO 3 and the curve t is Sm 0.3 Sr 0.7 Co
O 3 , the curve u corresponds to Sm 0.2 Sr 0.8 CoO 3 , and the curve v corresponds to Sm 0.1 Sr 0.9 CoO 3 .

【0054】これから明らかなように、Srの含有量の
多少にかかわらず、全ての緻密焼結体の導電率はほぼ同
じであった。従って、酸素空孔の増加による全導電率に
占めるイオン伝導性の増大と、表面の酸素吸着性及び触
媒活性の向上とが電極性能向上に寄与するものと考えら
れる。 (ミクロ構造の観察)次に、試験後の第1から第6ハー
ルセルの空気極22のミクロ構造と電極性能との関係を
調べるために、各空気極22のミクロ構造を走査型電子
顕微鏡(SEM)により観察した。その結果を図7から
図12に示す。
As is clear from this, the electrical conductivity of all the dense sintered bodies was almost the same regardless of the content of Sr. Therefore, it is considered that the increase of the ion conductivity in the total conductivity due to the increase of oxygen vacancies and the improvement of the oxygen adsorption property and the catalytic activity of the surface contribute to the improvement of the electrode performance. (Observation of Micro Structure) Next, in order to investigate the relationship between the micro structure of the air electrode 22 of the first to sixth Haar cells after the test and the electrode performance, the micro structure of each air electrode 22 was examined by a scanning electron microscope (SEM). ). The results are shown in FIGS. 7 to 12.

【0055】図7が第1ハーフセル(Srの含有率が
0.4)のミクロ構造、図8が第2ハーフセル(Srの
含有率が0.5)のミクロ構造、図9が第3ハーフセル
(Srの含有率が0.6)のミクロ構造、図10が第4
ハーフセル(Srの含有率が0.7)のミクロ構造、図
11が第5ハーフセル(Srの含有率が0.8)のミク
ロ構造、図12が第6ハーフセル(Srの含有率が0.
9)のミクロ構造を、各々示す。
FIG. 7 shows the microstructure of the first half cell (Sr content is 0.4), FIG. 8 is the microstructure of the second half cell (Sr content is 0.5), and FIG. 9 is the third half cell ( Microstructure with Sr content of 0.6).
The microstructure of the half cell (Sr content is 0.7), FIG. 11 is the microstructure of the fifth half cell (Sr content is 0.8), and FIG. 12 is the sixth half cell (Sr content is 0.
The microstructure of 9) is shown respectively.

【0056】これらから、全てのハーフセルの空気極2
2において多孔体構造が均質であることが分かる。ま
た、Smの含有量が減少しSrの含有量が増加するにつ
れて、多孔体構造を構成する粒子のサイズが大きくなる
傾向がわずかに見られた。これより、上述したように、
第1ハーフセルから第5ハーフセルではSrの含有量が
0.4から0.8まで増加するにつれてオーバポテンシ
ャルが減少していることは、粒子のサイズの影響ではな
いものと考えられる。
From these, the air electrodes 2 of all half cells
In 2 it can be seen that the porous structure is homogeneous. Moreover, as the Sm content decreased and the Sr content increased, the size of the particles forming the porous structure was slightly increased. From this, as mentioned above,
It is considered that the decrease in overpotential as the Sr content increases from 0.4 to 0.8 in the first half cell to the fifth half cell does not depend on the particle size.

【0057】但し、オーバポテンシャルが上昇していた
第6ハーフセルでは、Srの含有率が0.9であり、粒
子のサイズが急に大きくなって粒成長が発生していた。
第5ハールセルに比べて第6ハーフセルで電極性能が低
下した原因としては、この粒成長が考えられる。
However, in the sixth half cell in which the overpotential increased, the Sr content was 0.9, and the grain size suddenly increased, causing grain growth.
This grain growth is considered to be the reason why the electrode performance of the sixth half cell is lower than that of the fifth Haar cell.

【0058】以上の結果を総合すると、600℃で作動
したとき、第1ハーフセルから第5ハーフセルにおいて
Srの含有量の増加につれてオーバポテンシャルが次第
に減少し、第5ハーフセルの分極値が最小となった理由
は以下のように考えられる。第1に、空気極12中に多
くの酸素の空孔が形成され、より多くの酸素イオンの移
動が可能となり、空気極12の酸素イオン導電性が大き
くなったからである。第2に、ペロブスカイト型酸化物
の構造が均質でしかも粒子のサイズが小さく、そのため
に構造が微細で安定したからである。第3に、アルカリ
土類金属の添加のために酸素吸着性及び触媒活性が向上
したからである。
Summarizing the above results, when operating at 600 ° C., the overpotential gradually decreased with increasing Sr content in the first half cell to the fifth half cell, and the polarization value of the fifth half cell became the minimum. The reason is considered as follows. Firstly, a large number of oxygen vacancies are formed in the air electrode 12, more oxygen ions can be moved, and the oxygen ion conductivity of the air electrode 12 is increased. Secondly, the structure of the perovskite-type oxide is homogeneous and the size of the particles is small, which makes the structure fine and stable. Thirdly, the oxygen adsorption property and the catalytic activity are improved by the addition of the alkaline earth metal.

【0059】尚、上記Srの含有量と電極性能及びミク
ロ構造との関係は、作動温度が600℃の場合であっ
た。作動温度が500℃の場合は、触媒活性の低下によ
り活性化分極が増大する点が異なるのみで、それ以外は
作動温度が600℃の場合とほぼ同じである。また、作
動温度が400℃の場合は、活性化分極が更に増大する
点が異なるのみで、それ以外は作動温度が600℃の場
合とほぼ同じである。従って、作動温度400℃から6
00℃に範囲において600℃の場合とほぼ同等の電極
性能及びミクロ構造が得られる。 <変形例>次に、本発明のペロブスカイト型酸化物及び
空気極の変形例を説明する。 第1変形例 第1変形例は、Sm1-xSrxCoO3の原料粉末をペー
スト化して成る空気極において、電解質への焼付け温度
が、上記実施例とは異なる。詳述すると、共沈法により
6種類のSm1-xSrxCoO3の原料粉末、即ちSm0.6
Sr0.4CoO3、Sm0.5Sr0.5CoO3、Sm0.4Sr
0.6CoO3、Sm0.3Sr0.7CoO3、Sm0.2Sr0.8
CoO3、及びSm0.1Sr0.9CoO3 の原料粉末を合
成する。これらの原料粉末にポリエチレングリコールを
加えてペースト化し、ペーストをLa(Sr)Ga(M
g、Co)O3(LSGMCo)から成る電解質(厚
さ:5mm)の上にスクリーン印刷する。その後、Sm
0.6Sr0.4CoO3、Sm0.5Sr0.5CoO3、Sm0.4
Sr0.6CoO3、Sm0.3Sr0.7CoO3、及びSm0. 1
Sr0.9CoO3の原料粉末から成るペーストは1000℃
で、Sm0.2Sr0.8CoO3の原料粉末から成るペース
トは1000℃及び900℃で焼き付けて、7つの空気
極(電極面積:約0.3cm2)を作製した。
The content of Sr, the electrode performance and the composition
The relationship with the structure is when the operating temperature is 600 ° C.
It was If the operating temperature is 500 ° C, the catalyst activity may decrease.
The only difference is that the activation polarization increases, but otherwise
This is almost the same as when the operating temperature is 600 ° C. Also, the product
When the kinetic temperature is 400 ° C, the activation polarization increases further
The only difference is that the operating temperature is 600 ° C otherwise.
It is almost the same as the case. Therefore, the operating temperature from 400 ℃ to 6
Electrode almost equivalent to 600 ° C in the range of 00 ° C
Performance and microstructure are obtained. <Modification> Next, the perovskite oxide of the present invention and
A modified example of the air electrode will be described. First modification The first modification is Sm.1-xSrxCoO3The raw powder of
Baking temperature for electrolyte in air electrode
However, it is different from the above embodiment. In detail, by the coprecipitation method
6 types of Sm1-xSrxCoO3Raw material powder of Sm0.6
Sr0.4CoO3, Sm0.5Sr0.5CoO3, Sm0.4Sr
0.6CoO3, Sm0.3Sr0.7CoO3, Sm0.2Sr0.8
CoO3, And Sm0.1Sr0.9CoO3Of raw material powder
To achieve. Add polyethylene glycol to these raw material powders
In addition, it is made into a paste, and the paste is La (Sr) Ga (M
g, Co) O3 (LSGMCo) electrolyte (thickness
Screen printing on top of 5 mm). Then Sm
0.6Sr0.4CoO3, Sm0.5Sr0.5CoO3, Sm0.4
Sr0.6CoO3, Sm0.3Sr0.7CoO3, And Sm0. 1
Sr0.9CoO3The paste consisting of the raw material powder of 1000 ℃
Then Sm0.2Sr0.8CoO3Pace consisting of raw powder of
Bake at 1000 ° C and 900 ° C and use 7 air
Pole (electrode area: about 0.3 cm2) Was produced.

【0060】その上で、電解質を間にして空気極の反対
側に、スクリーン印刷及び焼付けにより白金電極を作製
し、電極性能評価用の8つのハーフセルを完成した。な
お、電解質の側面に白金線を固定して参照極とした。
Then, a platinum electrode was prepared by screen printing and baking on the side opposite to the air electrode with the electrolyte in between, and eight half cells for electrode performance evaluation were completed. A platinum wire was fixed on the side surface of the electrolyte to serve as a reference electrode.

【0061】7つのハーフセルにつき、600℃におけ
る電極性能を電流遮断法で評価した結果を図13に示
す。図13において横軸は電流密度(A/cm2)であ
り、縦軸は分極値(オーバポテンシャル)ηc(V)で
ある。曲線a、b、c、d、e及びfが、それぞれSm
0.6Sr0.4CoO3、Sm0.5Sr0.5CoO3、Sm0.4
Sr0.6CoO3、Sm0.3Sr0.7CoO3、Sm0.2Sr
0.8CoO3及びSm0.1Sr0.9CoO3の原料粉末を含
むペーストを1000℃で焼き付けた場合である。一方、曲
線gがSm0.2Sr0.8CoO3の原料粉末を含むペース
トを900℃で焼き付けた場合である。つまり、Sm
0.2Sr0.8CoO3の原料粉末を含むペーストは1000℃
と900℃とで焼き付けられている。
FIG. 13 shows the results of evaluating the electrode performance of the seven half cells at 600 ° C. by the current interruption method. In FIG. 13, the horizontal axis represents the current density (A / cm 2 ) and the vertical axis represents the polarization value (overpotential) ηc (V). The curves a, b, c, d, e and f are Sm
0.6 Sr 0.4 CoO 3 , Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 , Sm 0.4
Sr 0.6 CoO 3 , Sm 0.3 Sr 0.7 CoO 3 , Sm 0.2 Sr
This is a case where a paste containing raw material powders of 0.8 CoO 3 and Sm 0.1 Sr 0.9 CoO 3 was baked at 1000 ° C. On the other hand, the curve g is the case where the paste containing the raw material powder of Sm 0.2 Sr 0.8 CoO 3 was baked at 900 ° C. That is, Sm
Paste containing raw material powder of 0.2 Sr 0.8 CoO 3 is 1000 ℃
And baked at 900 ° C.

【0062】組成比がSm0.2Sr0.8CoO3のペース
トが1000℃で焼き付けられた空気極を600℃で作動さ
せた場合、分極値が73mV(電流密度:1000mV/c
2)であった。
When an air electrode having a composition ratio of Sm 0.2 Sr 0.8 CoO 3 baked at 1000 ° C. was operated at 600 ° C., the polarization value was 73 mV (current density: 1000 mV / c).
m 2 ).

【0063】ペーストの焼付け温度が900℃の空気極
では更に分極値が低く、図13の作成に使用した数値デ
ータから確認したところ、52mV(電流密度:1000m
V/cm2で)あった。この分極値の低下はSm0.2Sr
0.8CoO3の多孔質構造の微細化に関連すると考えられ
る。図14及び15にそれぞれ焼付け温度が1000℃及び
900℃の場合の空気極のミクロ構造を示す。これより
明らかなように、焼付け温度の低下によりSm0.2Sr
0.8CoO3の多孔質構造が微細化し、それにより反応サ
イトが増加したためと考えられる。 第2変形例は、ペロブスカイト型酸化物のA1サイト
の希土類元素はSmとし、A2サイトのアルカリ土類金
属はCaとした。その上で、Smの7割をCaでドープ
し、組成式はSm0.3Ca0.7CoO3で表される。その
他の構成、試験条件は上記実施例と同様である。
The air electrode having a paste baking temperature of 900 ° C. has a lower polarization value, and it was confirmed from the numerical data used to prepare FIG. 13 that it was 52 mV (current density: 1000 m
It was (V / cm 2 ). This decrease in polarization value is due to Sm 0.2 Sr
It is considered to be related to the refinement of the 0.8 CoO 3 porous structure. 14 and 15 show the microstructures of the air electrode when the baking temperature was 1000 ° C. and 900 ° C., respectively. As is clear from this, due to the lowering of the baking temperature, Sm 0.2 Sr
It is considered that the porous structure of 0.8 CoO 3 became finer and the number of reaction sites increased accordingly. In the second modification, the rare earth element at the A1 site of the perovskite type oxide was Sm, and the alkaline earth metal at the A2 site was Ca. Then, 70% of Sm is doped with Ca, and the composition formula is represented by Sm 0.3 Ca 0.7 CoO 3 . Other configurations and test conditions are the same as those in the above embodiment.

【0064】その結果、表2に示す結果が得られた。こ
の分極値は上記実施例のそれとほぼ同等であり、空気極
として優れていることが分かる。
As a result, the results shown in Table 2 were obtained. This polarization value is almost the same as that of the above-mentioned embodiment, and it is understood that it is excellent as an air electrode.

【0065】[0065]

【表2】 [Table 2]

【0066】第3変形例は、ペロブスカイト型酸化物
のA1サイトの希土類元素はNdとし、A2サイトのア
ルカリ土類金属はSrとした。その上でNdの7割をS
rでドープし、組成式はNd0.3Sr0.7CoO3で表さ
れる。その他の構成、試験条件は上記実施例と同様であ
る。
In the third modification, the rare earth element at the A1 site of the perovskite type oxide was Nd, and the alkaline earth metal at the A2 site was Sr. Then, 70% of Nd is S
Doping with r, the composition formula is represented by Nd 0.3 Sr 0.7 CoO 3 . Other configurations and test conditions are the same as those in the above embodiment.

【0067】その結果、表3に示す結果が得られた。こ
の分極値は上記実施例のそれとほぼ同等であり、空気極
として優れていることが分かる。
As a result, the results shown in Table 3 were obtained. This polarization value is almost the same as that of the above-mentioned embodiment, and it is understood that it is excellent as an air electrode.

【0068】[0068]

【表3】 [Table 3]

【0069】[0069]

【発明の効果】以上述べてきたように、第1発明のペロ
ブスカイト型酸化物によれば、酸素ガス中の酸素分子の
吸着が必要な雰囲気において、酸素を確実に吸着する。
As described above, according to the perovskite type oxide of the first invention, oxygen is surely adsorbed in the atmosphere where the adsorption of oxygen molecules in oxygen gas is required.

【0070】請求項2のペロブスカイト型酸化物は、希
土類元素とアルカリ土類金属との望ましい占有割合によ
り、酸素をより確実に吸着する。請求項3のペロブスカ
イト型酸化物は、400から600℃において酸素をよ
り確実に吸着する。
The perovskite type oxide according to the second aspect more reliably adsorbs oxygen due to the desirable occupation ratio of the rare earth element and the alkaline earth metal. The perovskite type oxide according to claim 3 more reliably adsorbs oxygen at 400 to 600 ° C.

【0071】第2発明の燃料電池用空気極によれば、供
給される空気中の酸素分子が該空気極に確実に吸着され
電解質に移動する。その結果、従来の800℃前後で作
動する燃料電池と同等の電極性能が得られる。
According to the fuel cell air electrode of the second aspect of the invention, oxygen molecules in the supplied air are reliably adsorbed by the air electrode and move to the electrolyte. As a result, electrode performance equivalent to that of a conventional fuel cell operating at around 800 ° C. can be obtained.

【0072】請求項5の燃料電池用空気極は、希土類元
素とアルカリ土類金属との望ましい占有割合により、所
望の電極特性を持つ。請求項6の燃料電池用空気極は燃
料電池への組込みに適している。請求項7の燃料電池用
空気極は固体電解質型燃料電池おいて空気極として利用
できる。
The air electrode for a fuel cell according to claim 5 has a desired electrode characteristic due to a desired occupation ratio of the rare earth element and the alkaline earth metal. The air electrode for a fuel cell according to claim 6 is suitable for incorporation in a fuel cell. The air electrode for a fuel cell according to claim 7 can be used as an air electrode in a solid oxide fuel cell.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例である燃料電池用空気極の製造
工程を示す工程図である。
FIG. 1 is a process drawing showing a manufacturing process of an air electrode for a fuel cell which is an embodiment of the present invention.

【図2】上記燃料電池用空気極の原料粉末の製造工程を
示す工程図である。
FIG. 2 is a process drawing showing a manufacturing process of the raw material powder for the air electrode for a fuel cell.

【図3】上記燃料用空気極の電極性能を調べるために作
製したハーフセルの断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a half cell manufactured to investigate the electrode performance of the fuel air electrode.

【図4】第1から第6ハールセルの空気極における電流
密度とオーバポテンシャルとの関係を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the current density and the overpotential at the air electrodes of the first to sixth Haar cells.

【図5】第5ハールセルの空気極における電流密度とオ
ーバポテンシャルとの関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the current density and the overpotential in the air electrode of the fifth Haar cell.

【図6】第1から第6ハールセルの空気極における作動
温度と導電率との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the operating temperature and the electrical conductivity of the air electrodes of the first to sixth Haar cells.

【図7】第1ハーフセルの微細構造の電子顕微鏡による
観察図である。
FIG. 7 is an electron microscopic observation view of the fine structure of the first half cell.

【図8】第2ハーフセルの微細構造の電子顕微鏡による
観察図である。
FIG. 8 is an electron microscopic observation view of a fine structure of a second half cell.

【図9】第3ハーフセルの微細構造の電子顕微鏡による
観察図である。
FIG. 9 is an electron microscopic observation view of the fine structure of the third half cell.

【図10】第4ハーフセルの微細構造の電子顕微鏡によ
る観察図である。
FIG. 10 is an observation view of a fine structure of a fourth half cell by an electron microscope.

【図11】第5ハーフセルの微細構造の電子顕微鏡によ
る観察図である。
FIG. 11 is an observation view of a fine structure of a fifth half cell by an electron microscope.

【図12】第6ハーフセルの微細構造の電子顕微鏡によ
る観察図である。
FIG. 12 is an observation view of a fine structure of a sixth half cell by an electron microscope.

【図13】上記実施例の変形例の電極特性を示すグラフ
である。
FIG. 13 is a graph showing the electrode characteristics of a modified example of the above embodiment.

【図14】上記変形例による空気極の微細構造の電子顕
微鏡による観察図である。
FIG. 14 is an electron microscopic observation view of the fine structure of the air electrode according to the modification.

【図15】上記変形例による空気極の微細構造の電子顕
微鏡による観察図である。
FIG. 15 is an electron microscopic observation view of the fine structure of the air electrode according to the modification.

【図16】ペロブスカイト型酸化物の構造を示す斜視図
である。
FIG. 16 is a perspective view showing the structure of a perovskite oxide.

【図17】固体電解質型燃料電池の分解斜視図である。FIG. 17 is an exploded perspective view of a solid oxide fuel cell.

【図18】上記燃料電池の作動説明図である。である。FIG. 18 is an operation explanatory view of the fuel cell. Is.

【図19】従来の固体電解質型燃料電池の温度と最大電
力密度との関係を示すグラフである。
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the temperature and the maximum power density of a conventional solid oxide fuel cell.

【図20】上記従来例における空気極の導電率を示すグ
ラフである。
FIG. 20 is a graph showing the electric conductivity of the air electrode in the conventional example.

【図21】上記従来例における空気極のIRロス及びオ
ーバポテンシャルを示すグラフである。
FIG. 21 is a graph showing IR loss and overpotential of the air electrode in the above conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:固体電解質型燃料電池 11:固体電
解質 12:空気極 13:燃料極 15:セル 17:セパレ
ータ
10: Solid oxide fuel cell 11: Solid electrolyte 12: Air electrode 13: Fuel electrode 15: Cell 17: Separator

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成14年11月19日(2002.11.
19)
[Submission date] November 19, 2002 (2002.11.
19)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図7[Name of item to be corrected] Figure 7

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図7】 [Figure 7]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図8[Correction target item name] Figure 8

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図8】 [Figure 8]

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図9[Correction target item name] Figure 9

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図9】 [Figure 9]

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図10[Name of item to be corrected] Fig. 10

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図10】 [Figure 10]

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図11[Name of item to be corrected] Figure 11

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図11】 FIG. 11

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図12[Name of item to be corrected] Fig. 12

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図12】 [Fig. 12]

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図14[Name of item to be corrected] Fig. 14

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図14】 FIG. 14

【手続補正8】[Procedure Amendment 8]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図15[Correction target item name] Figure 15

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図15】 FIG. 15

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大原 智 愛知県名古屋市熱田区六野2丁目4番1号 財団法人ファインセラミックスセンター 内 (72)発明者 福井 武久 愛知県名古屋市熱田区六野2丁目4番1号 財団法人ファインセラミックスセンター 内 (72)発明者 村田 憲司 愛知県名古屋市熱田区六野2丁目4番1号 財団法人ファインセラミックスセンター 内 Fターム(参考) 4G030 AA08 AA09 AA10 AA11 AA28 BA03 CA01 CA08 GA01 GA03 GA04 GA08 GA14 GA20 GA27 4G048 AA05 AB01 AB02 AC06 AD03 AD08 AE05 5G301 CA02 CD10 5H018 AA06 AS03 CC03 CC06 EE13 HH05 HH08 5H026 AA06 CV02 EE13 HH05 HH08   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Satoshi Ohara             2-4-1 Rokuno, Atsuta-ku, Nagoya-shi, Aichi               Fine Ceramics Center Foundation             Within (72) Inventor Takehisa Fukui             2-4-1 Rokuno, Atsuta-ku, Nagoya-shi, Aichi               Fine Ceramics Center Foundation             Within (72) Inventor Kenji Murata             2-4-1 Rokuno, Atsuta-ku, Nagoya-shi, Aichi               Fine Ceramics Center Foundation             Within F-term (reference) 4G030 AA08 AA09 AA10 AA11 AA28                       BA03 CA01 CA08 GA01 GA03                       GA04 GA08 GA14 GA20 GA27                 4G048 AA05 AB01 AB02 AC06 AD03                       AD08 AE05                 5G301 CA02 CD10                 5H018 AA06 AS03 CC03 CC06 EE13                       HH05 HH08                 5H026 AA06 CV02 EE13 HH05 HH08

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 A(A1A2)BO3形式のペロブスカイ
ト型酸化物であって、A1サイトにSm、Pr、Gd及
びNdの一種又は複数種の希土類元素を、A2サイトに
Sr、Ca及びBaの一種又は複数種のアルカリ土類金
属を、Bサイトにコバルトをそれぞれ含み、 前記希土類元素と前記アルカリ土類金属との占有割合は
0.5:0.5から0.1:0.9であることを特徴と
するペロブスカイト型酸化物。
1. A (A1A2) BO 3 type perovskite type oxide, wherein one or more rare earth elements of Sm, Pr, Gd and Nd are contained in the A1 site, and Sr, Ca and Ba are contained in the A2 site. One or more kinds of alkaline earth metals are contained at the B sites, respectively, and cobalt is contained, and the occupation ratio of the rare earth element and the alkaline earth metal is 0.5: 0.5 to 0.1: 0.9. A perovskite type oxide characterized by the above.
【請求項2】 前記希土類元素と前記アルカリ土類金属
との占有割合は望ましくは、0.4:0.6から0.
2:0.8である請求項1に記載のペロブスカイト型酸
化物。
2. The occupation ratio of the rare earth element and the alkaline earth metal is preferably 0.4: 0.6 to 0.
The perovskite type oxide according to claim 1, wherein the ratio is 2: 0.8.
【請求項3】 作動温度400℃から600℃で作動
し、酸素分子を吸着するために使用される請求項1に記
載のペロブスカイト型酸化物。
3. The perovskite-type oxide according to claim 1, which operates at an operating temperature of 400 ° C. to 600 ° C. and is used for adsorbing oxygen molecules.
【請求項4】 A(A1A2)BO3形式を持ち A1
サイトに希土類元素を、A2サイトにアルカリ土類金属
を、Bサイトにコバルトをそれぞれ含むペロブスカイト
型酸化物から成り、その一面において燃料電池の電解質
の一面に積層され、空気中の酸素分子を吸着する空気極
であって、 前記希土類元素と前記アルカリ土類金属との元素占有割
合は0.5:0.5から0.1:0.9であることを特
徴とする燃料電池用空気極。
4. A1 having an A (A1A2) BO 3 format
It consists of a perovskite type oxide containing a rare earth element at the site, an alkaline earth metal at the A2 site, and cobalt at the B site. One surface of the perovskite oxide is laminated on one surface of the electrolyte of the fuel cell to adsorb oxygen molecules in the air. An air electrode for a fuel cell, wherein an element occupancy ratio between the rare earth element and the alkaline earth metal is 0.5: 0.5 to 0.1: 0.9.
【請求項5】 前記希土類元素と前記アルカリ土類金属
との占有割合は望ましくは、0.4:0.6から0.
2:0.8である請求項4に記載の燃料電池用空気極。
5. The occupation ratio of the rare earth element and the alkaline earth metal is preferably 0.4: 0.6 to 0.
The air electrode for a fuel cell according to claim 4, wherein the air electrode is 2: 0.8.
【請求項6】 前記空気極は平板形状又は円筒形状を有
する請求項4に記載の燃料電池用空気極。
6. The air electrode for a fuel cell according to claim 4, wherein the air electrode has a flat plate shape or a cylindrical shape.
【請求項7】 前記燃料電池は固体電解質型である請求
項4に記載の燃料電池用空気極。
7. The air electrode for a fuel cell according to claim 4, wherein the fuel cell is a solid electrolyte type.
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