JP2006100007A - 燃料電池セル及び燃料電池セルスタック、燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】長期に亘って高い出力特性を維持できる固体電解質形燃料電池セルを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の燃料電池セルは、固体電解質層２を介して対向するように酸素極１と燃料極３が設けられてなる燃料電池セルにおいて、酸素極１はＡｇ又はＡｇを含有する合金が分散された導電性セラミックスからなることを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体電解質層を介して対向するように酸素極と燃料極を設けてなる燃料電池セル及び燃料電池セルスタック、燃料電池に関するものである。

次世代エネルギーとして、近年、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。

図３は、従来の固体電解質形燃料電池のセルスタックを示すもので、このセルスタックは、複数の燃料電池セル８ａ、８ｂを整列集合させ、一方の燃料電池セル８ａと他方の燃料電池セル８ｂとの間に金属フェルトからなる集電部材９を介在させ、一方の燃料電池セル８ａの燃料極８１と他方の燃料電池セル８ｂの酸素極８３とを電気的に接続して構成されていた。

燃料電池セル８ａ、８ｂは、円筒状の金属からなる燃料極８１の外周面に、固体電解質層８２、導電性セラミックスからなる酸素極８３を順次設けて構成されており、固体電解質層８２、酸素極８３から露出した燃料極８１には、酸素極８３に接続しないようにインターコネクタ８４が設けられ、燃料極８１と電気的に接続している。

このインターコネクタ８４は、燃料極８１の内部を流れる燃料ガスと、酸素極８３の外側を流れる酸素含有ガスとを確実に遮断するため緻密で、燃料ガス及び酸素含有ガスで変質しにくい導電性セラミックスが用いられている。

一方の燃料電池セル８ａと他方の燃料電池セル８ｂとの電気的接続は、一方の燃料電池セル８ａの燃料極８１を、該燃料極８１に設けられたインターコネクタ８４、集電部材９を介して、他方の燃料電池セル８ｂの酸素極８３に接続することにより行われ、このとき、酸素極８３と集電部材９の接合は、多孔質導電性セラミックスからなる酸素極８３にＰｔペーストを塗布し、この塗布膜に集電部材９を押しあて、焼き付ける方法が使用されていた（特許文献１参照）。さらに、近年では、低抵抗かつ安価であり接合に適していることから、Ａｇを主成分とする金属ペーストも使用されている。
特開２００３−３０３６０３号公報

しかしながら、従来の燃料電池セルと集電部材との接合では、酸素極の表層部のみペーストが拡散して付着しており、装置のメンテナンス等による昇温−降温が繰り返されると、酸素極と焼き付けられたペーストとの界面において熱膨張差等の影響による剥離が生じ、徐々に出力特性が劣化するという問題があった。

本発明は、長期に亘って高い出力特性を維持できる固体電解質形燃料電池セルを提供することを目的とする。

本発明者は鋭意検討の結果、Ａｇ又はＡｇを含有する合金が分散された導電性セラミックスからなる酸素極を採用することにより、上記目的を達成することを見出し本発明に到達した。なお、従来では、貴金属が酸素極中に存在すると、酸素の拡散を阻害すると認識されており、酸素極中に分散させる手法は採用されていなかったが、上述の剥離の問題を考慮して、酸素極中にＡｇ又はＡｇを含有する合金を分散させたところ、意外なことにそれほど影響のないことが判明し、本発明に至ったのである。

すなわち本発明は、固体電解質層を介して対向するように酸素極と燃料極が設けられてなる燃料電池セルにおいて、前記酸素極はＡｇ又はＡｇを含有する合金が分散された導電性セラミックスからなることを特徴とする燃料電池セルである。例えば、Ａｇ系ペーストを用いて被接合体（集電部材等）が酸素極に接合されるが、本発明によりＡｇ又はＡｇを含有する合金が導電性セラミックス中にほぼ均一に分散されているので、導電性セラミックスの表層部に拡散するペースト中のＡｇが酸素極中に分散されたＡｇ又はＡｇを含有する合金と強固に結びつき、時間経過による剥離が抑制され、出力特性の劣化を防止することができる。

ここで、上記酸素極中のＡｇ又はＡｇを含有する合金の割合が５〜４０質量％であるのが好ましい。これにより、発電性能０．４Ｗ／ｃｍ^２以上、１０００ｈｒ後の劣化率１．０％未満を満足することができる。

そして、上記酸素極は、Ａｇ又はＡｇを含有する合金からなる粉末と導電性セラミックスからなる粉末との混合物から得られるのが好ましい。これにより、酸素極に、Ａｇ又はＡｇを含有する合金が凝集されることなくほぼ均一に分散された状態を得ることができる。ここで、特にＡｇを含有する合金としては、Ａｇ／Ｐｄ合金が好ましい。Ｐｄは融点及び導電性が高いので、これとＡｇとの合金は高温に対して耐久性がよくなるからである。

また、上記酸素極は、２層構造であって、固体電解質層に隣接する側に相対的に緻密質な層が設けられるのが好ましい。これにより、粗い層では酸素を取り込みやすく、緻密質な層では固体電解質層側と接触する面積が大きいので、酸素の拡散を促進させることができる。

さらに、上記酸素極の厚みは、３０〜１００μｍであるのが好ましい。この範囲にすることにより、集電能力をよくすることができる。

また本発明は、上記燃料電池セルを電気的に直列に複数個接続してなる燃料電池セルスタックである。また本発明は、上記燃料電池セルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池である。このような燃料電池セルスタック及び燃料電池により、劣化率の少ない長期信頼性に優れた燃料電池を得ることができる。

以上詳述したように本発明によれば、被接合体（集電部材等）を接合する際に使用される金属ペーストと酸素極との結びつきが強固となることによって、その界面において剥離しにくくなり、長期に亘って高い出力特性を維持できる燃料電池セルが得られる。

さらに、本発明の燃料電池セルは、酸素極の抵抗が低く、高い集電能力を有するので、集電部材を介さずに複数の燃料電池セルを電気的に直列に接合することも可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の燃料電池セルの説明図、図２は図１に示す燃料電池セルの発電に携わる部分の拡大横断面図であって、固体電解質層２を介して対向するように酸素極１と燃料極３が設けられてなる燃料電池セルにおいて、酸素極１はＡｇ又はＡｇを含有する合金が分散された導電性セラミックスからなることを特徴とする燃料電池セルである。

本発明の燃料電池セルは、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状の導電性支持基板４を備えている。導電性支持基板４の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路４１が軸長方向に貫通して形成されており、燃料電池セルは、この導電性支持基板４上に各種の部材が設けられた構造になっている。

導電性支持基板４は、図１に示されている形状から理解されるように、平坦部と平坦部の両端の弧状部とからなっている。平坦部の一方の面と両側の弧状部を覆うように燃料極３が設けられており、さらに、この燃料極３を覆うように、緻密質な固体電解質層２が積層されており、この固体電解質層２の上には、燃料極３と対向するように、酸素極１が積層されている。また、燃料極３及び固体電解質層２が積層されていない他方の平坦部の表面には、インターコネクタ６が形成されている。図１から明らかな通り、燃料極３及び固体電解質層２は、インターコネクタ６の両サイドにまで延びており、導電性支持基板４の表面が外部に露出しないように構成されている。

そして、図２に示すように、燃料極３の酸素極１と対向している部分が作動して発電する。即ち、酸素極１の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ導電性支持基板４内のガス通路４１に燃料ガス（水素）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、酸素極１及び燃料極３で電極反応を生ずることによって発電する。かかる発電によって生成した電流は、導電性支持基板４に取り付けられているインターコネクタ６を介して集電される。

上記のような構造を有する本発明の燃料電池セルにおいて、導電性支持基板４は、燃料ガスを燃料極３まで透過させるためにガス透過性であること、及びインターコネクタ６を介しての集電を行うために導電性であることが要求されるが、このような要求を満たすと同時に、同時焼成により生じる不都合を回避するために、鉄属金属成分と特定の希土類酸化物とから導電性支持基板４を構成する。

鉄族金属成分は、導電性支持基板４に導電性を付与するためのものであり、鉄族金属単体であってもよいし、また鉄族金属酸化物、鉄族金属の合金もしくは合金酸化物であってもよい。鉄族金属には、鉄、ニッケル及びコバルトがあり、本発明では、何れをも使用することができるが、安価であること及び燃料ガス中で安定であることからＮｉ及び／またはＮｉＯを鉄族成分として含有していることが好ましい。

希土類酸化物成分は、導電性支持基板４の熱膨張係数を固体電解質層２の熱膨張係数（約１０．８×１０^−６／℃）に近づけるためであり、Ｙ，Ｌｕ，Ｙｂ，Ｔｍ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙ，Ｇｄ，Ｓｍ，Ｐｒからなる群より選択された少なくとも１種の元素を含む希土類酸化物であることが好ましい。特に、鉄族金属の酸化物との固溶、反応が殆どなく、また、熱膨張係数が固体電解質層２と殆ど同程度であるという点から、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３が好ましい。

本発明においては、特に、導電性支持基板４の熱膨張係数を固体電解質層２と近似させるという点で、上述した鉄族成分は、導電性支持基板４中に６５〜３５体積％の量で含まれ、希土類酸化物は、導電性支持基板４中に３５〜６５体積％の量で含まれていることが好適である。尚、導電性支持基板４中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。

上記のような鉄族金属成分と希土類酸化物とから構成される導電性支持基板４は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、通常、開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあることが好適である。また、導電性支持基板１３の導電率は、３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。

本発明において、燃料極３は、電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスから形成される。例えば、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２または希土類元素が固溶しているＣｅＯ_２と、Ｎｉ及び／またはＮｉＯとから形成される。

燃料極３中の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２またはＣｅＯ_２の含量は、３５乃至６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉ或いはＮｉＯ含量は、６５乃至３５体積％であるのがよい。さらに、この燃料極３の開気孔率は、１５％以上、特に２０乃至４０％の範囲にあるのがよく、その厚みは、１〜３０μｍであることが望ましい。例えば、燃料極３の厚みが薄すぎると、性能が低下するおそれがあり、また厚すぎると、固体電解質層２と燃料極３との間で熱膨張差による剥離等を生じるおそれがある。

また、図１の例では、この燃料極３は、インターコネクタ６の両サイドにまで延びているが、酸素極１に対向する位置に存在して燃料極３が形成されていればよいため、例えば酸素極１が設けられている側の平坦部にのみ燃料極３が形成されていてもよい。さらには、導電性支持基板４の全周にわたって燃料極３を形成することも可能である。

この導電性支持基板４の外面に設けられた固体電解質層２は、３〜１５モル％のＹ／及び又はＳｃ、Ｙｂ等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ_２からなる緻密質なセラミックスが用いられている。希土類元素としては、安価であるという点からＹが好ましい。固体電解質層２の厚みは、ガス透過を防止するという点から１０〜１００μｍであることが好ましい。特に、電気抵抗を低減するという点から１０〜５０μｍであることが好ましい。

そして、固体電解質層２と酸素極１との間には、元素拡散防止のための元素拡散防止層５が形成されるのが好ましい。この元素拡散防止層５を設けることにより、酸素極１を形成する際の焼成時に、酸素極中のＬａ等の遷移金属が固体電解質層２中に拡散することを抑制し、電解質としての特性低下及び出力密度の低下等を防止することができる。ここで、元素拡散防止層５は元素としてＣｅを含有する。特に、Ｓｍが固溶したＣｅＯ_２は、０〜３０モル％のＳｍ_２Ｏ_３が固溶したＣｅＯ_２からなるのが望ましく、さらに電気抵抗を低減するという点から、１０〜２０モル％のＳｍ_２Ｏ_３が固溶したＣｅＯ_２からなるのが望ましい。そして、この元素拡散防止層５は、セラミック粒子の凝集度を５〜３５に調整していることが好ましい。これにより、焼成収縮を制御でき、固体電解質層の剥離やクラック発生を防止することができる。特に、発電性能が低下を防止できるという点で、凝集度を５〜１５に調整することが望ましい。さらに、これに拡散を遮断または抑制する効果を高くするために、他の希土類元素の酸化物を含有するものであっても良い。

そして本発明の特徴部分である酸素極１は、所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスの素地中にＡｇ又はＡｇを含有する合金が分散して存在する構成粉体から形成される。言い換えれば、導電性セラミックスの粒子間にＡｇ又はＡｇを含有する合金からなる粒子が分散した組織を有する。このＡｇ又はＡｇを含有する合金は、２００℃〜９００℃の温度領域において良好な電子伝導性を有するため、ペロブスカイト型酸化物と混合されることで導電性に優れた酸素極を形成する。この酸素極は、Ａｇ又はＡｇを含有する合金が分散されていない従来の酸素極に比して極めて低抵抗（１／１０程度の抵抗値）であり、高い集電能力を有するものである。

かかるペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＬａを有するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物の少なくとも１種が好適であり、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ_３系酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型酸化物においては、ＡサイトにＬａと共にＳｒなどが存在していてもよいし、さらにＢサイトには、ＦｅとともにＣｏやＭｎが存在していてもよい。

ここで、導電性セラミックス中に含まれる貴金属としては、低抵抗かつ安価なＡｇが選択される。また、かかるＡｇを含有する合金としては、Ａｇを７０〜９０質量％含む合金が好ましく、特にＡｇ／Ｐｄ合金が好適である。Ｐｄは融点及び導電性が高いので、これとＡｇとの合金は高温に対して耐久性がよくなるからである。

そして、酸素極１中のＡｇ又はＡｇを含有する合金の割合が５〜４０質量％であるのが好ましく、これにより、初期発電性能が落ちること無く、１０００ｈｒ後の劣化率１．０％未満を満足することができる。

このような酸素極１は、Ａｇ又はＡｇを含有する合金からなる粉末と導電性セラミックスからなる粉末との混合物から得られる。この混合物を得るには、例えば、Ａｇ又はＡｇを含有する合金からなる粉末と導電性セラミックスからなる粉末とを回転ミルなどを用いて湿式混合した後に乾燥し、得られた粉体にバインダーを添加して混合してもよく、乾式で高速攪拌機にて混合してもよい。そして、この混合物にバインダーと溶剤を添加して得られたスラリーをスクリーン印刷法などで塗布し、９００〜１２００℃で焼き付けることにより酸素極が形成される。

さらに、酸素極１は２層構造となっていて、固体電解質層２に隣接する側に相対的に緻密質な層が設けられるのが好ましい。これにより、粗い層では酸素を取り込みやすく、緻密質な層では固体電解質層側と接触する面積が大きいので、酸素の拡散を促進させることができる。ここで、この相対的に緻密質な第一の層は、ある程度のガス透過性を有していればよく、開気孔率が２０％以下、特に５〜２０％の範囲にあることが好ましい。また、相対的に緻密でない第二の層は、第一の層よりもガス透過性を有していなければならず、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。

この場合は、比表面積が２０〜４０ｍ^２／ｇの導電性セラミックスからなる粉末とＡｇ又はＡｇを含有する合金からなる粉末との混合物に、バインダーと溶剤を添加して得られたスラリーを元素拡散防止層の表面に塗布し、９０〜１５０℃にて乾燥して第一層を形成し、その後、比表面積が５〜１０ｍ^２／ｇの導電性セラミックスからなる粉末とＡｇ又はＡｇを含有する合金からなる粉末との混合物にイソプロピルアルコール等を混合して得られたスラリーを上記第一層の上に噴霧塗布して第二層を形成し、９００〜１２００℃で焼き付けることにより、酸素極が形成される。

なお、酸素極１の厚みは、集電性という点から６０〜１７０μｍであることが望ましい。厚すぎると空気の取り込みが悪くなる傾向があり、薄すぎると集電能力が落ちる傾向があるからである。特に６０〜１００μｍであるのが望ましい。そして、緻密質な第一層の厚みが１０〜２０μｍ、第二層の厚みが５０〜１５０μｍであるのが望ましい。

上記の酸素極１に対向する位置において、導電性支持基板４上に設けられているインターコネクタ６は、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス（水素）及び酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が使用される。また、導電性支持基板４の内部を通る燃料ガス及び導電性支持基板４の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好適である。

かかるインターコネクタ６の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１０〜２００μｍであることが好ましい。即ち、この範囲よりも厚いとガスのリークを生じやすく、またこの範囲よりも薄いと電気抵抗が大きく、電位降下により集電機能が低下してしまうおそれがあるからである。

インターコネクタ６の外面（上面）には、Ｐ型半導体７を設けることが好ましい。Ｐ型半導体７を介して集電部材をインターコネクタ６に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。

このようなＰ型半導体７としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物を例示することができる。具体的には、インターコネクタ６を構成するＬａＣｒＯ_３系酸化物よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。このようなＰ型半導体７の厚みは、一般に、３０乃至１００μｍの範囲にあることが好ましい。

また、インターコネクタ６は、固体電解質層２が設けられていない側の導電性支持基板４の平坦部分上に直接設けることもできるが、この部分にも燃料極３を設け、この燃料極３上にインターコネクタ６を設けることもできる。即ち、燃料極３を導電性支持基板４の全周にわたって設け、この燃料極３上にインターコネクタ６を設けることができる。即ち、燃料極３を介してインターコネクタ６を導電性支持基板４上に設けた場合には、導電性支持基板４とインターコネクタ６との間の界面での電位降下を抑制することができる上で有利である。

また本発明は、図示しないが、上述の燃料電池セルを電気的に直列に複数個接続してなる燃料電池セルスタックである。そして、本発明においては、酸素極がＡｇ又はＡｇを含有する合金が分散された導電性セラミックスからなることから、抵抗が低く高い集電能力を有するので、集電部材を介さずに複数の燃料電池セルを電気的に直列に接合することも可能となる。また、熱膨張の異なる集電部材を介さないことは、昇降温時に生じる界面剥離の原因である界面が存在しないため、抵抗の増加を招く心配もなくなる。

この場合、燃料電池セルの空気極が、これに連結される燃料電池セルのＰ型半導体に直接接合されることとなるが、空気極から空気が十分に取り込まれるような手段が設けられる必要がある。例えば、空気極に直線状あるいは空気の流れに対して下流側に向かって分岐していくような形状の溝が形成されるのが好ましい。

また本発明は、図示しないが、上述の燃料電池セルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池である。特に、集電部材を介さずに複数の燃料電池セルを電気的に直列に接合した場合には、より小型の燃料電池を得ることができる。

本発明を次の例で説明する。

先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．９μｍのＹ_２Ｏ_３粉 末を焼成―還元後における体積比率をＮｉが４８体積％、Ｙ_２Ｏ_３が５２体積％になるように混合し、有機バインダーと溶媒にて作製した杯土を押し出し成型法にて成形し、乾燥、脱脂して電極支持基板成形体を作製した。

次に平均粒径０．５μｍのＮｉ粉末と希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉と有機バインダーと溶媒を混合したスラリーを作製し、前記電極支持基板成形体に、スクリーン印刷法にて塗布、乾燥して、燃料極用のコーティング層を形成した。次に８ｍｏｌ％のスカンジウムが固溶したＺｒＯ_２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合して得られたスラリーを、ドクターブレード法にて厚み３０μｍの固体電解質層用シートを作製し、電極支持基板成形体上の燃料極用のコーティング層に貼り付け、乾燥した。

次に、電極支持基板成形体、および燃料極のコーティング層、固体電解質成形体を積層した積層成形体を１０００℃にて仮焼処理した。

次にＣｅＯ_２を８５モル％、Ｓｍ_２Ｏ_３を１５モル％含む複合酸化物を振動ミルにて２４ｈ解砕した後、９００℃−４ｈ仮焼処理を行い、再度ボールミルにて解砕処理を行い、粉体の凝集度（レーザー回折による粒径／比表面積から計算した疑似球形状粒径）を１３〜１６に合わせた。この粉体にアクリル系バインダーとトルエンを添加し、混合して作製した元素拡散防止層のスラリーを、得られた仮焼体の固体電解質成形体の表面に、仮焼後にスクリーン印刷法にて塗布した。

また、ＬａＣｒＯ_３系酸化物と、有機バインダーと溶媒を混合したスラリーを作製し、これを、露出した電極支持基板成形体上に積層し、酸素含有雰囲気中で、１４８５℃焼成温度で同時焼成した。

次に、平均粒径０．５μｍのＬａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３粉末と、Ａｇ又はＡｇを含有する合金粉末を表１に示す割合（質量％）で混合し、アクリル系バインダーとグリコール系溶剤を添加して得られたスラリーを積層体の元素拡散防止層の表面にスクリーン印刷法にて印刷塗布を行い、１３０℃にて乾燥して第一層を形成し、その後平均粒径１．０μｍのＬａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３粉体とＡｇ又はＡｇを含有する合金粉末とを第一層と同じ割合で混合し、これにイソプロピルアルコールを混合して得られたスラリーを上記第一層の上に噴霧塗布して第二層を形成し、１０５０℃で焼き付け、酸素極を形成し、燃料電池セルを作製した。

なお、作製した燃料電池セルの寸法は２５ｍｍ×２００ｍｍで、電極支持基板の厚さは３ｍｍ、開気孔率３５％、燃料極の厚さは１０μｍ、開気孔率２４％、固体電解質層の厚さは３２μｍ、相対密度は９７％、元素拡散防止層の厚さは５μｍ、酸素極の厚さは相対的に緻密質な第一層が１０μｍ、緻密質でない第二層が１００μｍ、酸素極の開気孔率は第一層が１５％、第二層が４０％であった。

なお、得られた酸素極中のＡｇ又はＡｇを含有する合金の割合は、これを硝酸などに浸漬することによりＡｇ又はＡｇを含有する合金を溶出させ、この処理の前後の質量を測定するとともに溶出液をＩＣＰ分析するなどの方法により求められるが、この割合は表1に示す割合と等しいものであった。

次に、この燃料電池セルの内部に、水素ガスを流し、８５０℃で、電極支持基板及び燃料極層の還元処理を施した。

得られた燃料電池セルの燃料ガス流路に燃料ガスを流通させ、セルの外側に酸素含有ガスを流通させ、燃料電池セルを電気炉を用いて７５０℃まで加熱し、発電試験を行った。このときの発電特性を確認した。

この表からわかるように、Ａｇを含まない試料Ｎｏ．１は、初期発電性能は得られるものの１０００ｈｒ後の劣化率（初期発電性能に対して、どれだけ発電性能が低下したか）が３．５％とかなり高い。また、Ａｇ又はＡｇを含有する合金の代わりにＰｔを含んだ試料Ｎｏ．８は初期発電性能が０．２０Ｗ／ｃｍ^２と悪く、実用に耐えない。これは、ＰｔはＡｇとは異なり、６５０℃〜８５０℃の温度域においてランタン酸化物あるいはストロンチウム化合物と複合酸化物を生成し、性能劣化を引き起こすためである。一方、Ａｇを含む試料Ｎｏ．２〜７、又はＡｇを含有する合金を含む試料Ｎｏ．９〜１７は、高い初期発電性能を有しながら、１０００ｈｒ後の劣化率も１．０％未満の優れた結果が得られている。特に、Ａｇを含有する合金のうち、Ａｇ／Ｐｄ合金が初期発電性能、劣化率ともに優れていることがわかる。

本発明の燃料電池セルの説明図である。 図１に示す燃料電池セルの発電に携わる部分の拡大横断面図である。 従来の燃料電池セルからなるセルスタックを示す横断面図である。

符号の説明

１・・・酸素極
２・・・固体電解質層
３・・・燃料極
４・・・導電性支持基板
４１・・・燃料ガス通路
５・・・元素拡散防止層
６・・・インターコネクタ
７・・・Ｐ型半導体

Claims (8)

1. 固体電解質層を介して対向するように酸素極と燃料極が設けられてなる燃料電池セルにおいて、前記酸素極はＡｇ又はＡｇを含有する合金が分散された導電性セラミックスからなることを特徴とする燃料電池セル。
2. 前記酸素極中のＡｇ又はＡｇを含有する合金の割合が５〜４０質量％であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
3. 前記酸素極が、Ａｇ又はＡｇを含有する合金からなる粉末と導電性セラミックスからなる粉末との混合物から得られたことを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池セル。
4. 前記Ａｇを含有する合金が、Ａｇ／Ｐｄ合金であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池セル。
5. 前記酸素極が２層構造であって、固体電解質層に隣接する側に相対的に緻密質な層が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池セル。
6. 前記酸素極の厚みが３０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池セル。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池セルを電気的に直列に複数個接続してなることを特徴とする燃料電池セルスタック。
8. 請求項７に記載の燃料電池セルスタックを収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池。

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