JP2007035435A - 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体電解質、燃料極及び空気極を有する固体酸化物形燃料電池であって、固体電解質が厚さ方向に貫通孔2を有する支持体電解質1と、ガレート系酸化物電解質3との積層構造を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【選択図】図1
Description
Ln1−xAxMOp (1)
〔式中、Lnは希土類元素を示す。Aはアルカリ土類金属元素を示す。Mは遷移金属元素を示す。xは0<x≦0.4を示す。pは酸素原子数を示す。〕
で示される電子伝導性ペロブスカイト型酸化物である、上記項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
Ln1−xAxGa1−y−zByEzOp (2)
〔式中、LnはLa、Ce、Pr、Nd及びSmの少なくとも1種を示す。AはSr、Ca及びBaの少なくとも1種を示す。BはMg及びAlの少なくとも1種を示す。EはCo、Fe、Ni及びCuの少なくとも1種を示す。xは0.05≦x≦0.3を示す。yは0<y≦0.29を示す。zは0≦z≦0.3を示す。pは酸素原子数を示す。〕
で示されるガレート系酸化物である、上記項1〜3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
(1)厚さ方向に貫通孔を有する支持体電解質とガレート系酸化物電解質とを得る工程1、
(2)支持体電解質及びガレート系酸化物電解質の一方と燃料極とを積層する工程2、
(3)支持体電解質及びガレート系酸化物電解質の他の一方と空気極とを積層する工程3。
以下、本発明のSOFC及びその製造方法について詳細に説明する。
本発明のSOFCは、固体電解質、燃料極及び空気極を有するSOFCであって、固体電解質層が1)厚さ方向に貫通孔を有する支持体電解質と2)ガレート系酸化物電解質との積層構造を有することを特徴とする。
蛍石型化合物としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)、セリア(安定化セリアを含む)等が挙げられる。
電子伝導性ペロブスカイト型化合物としては、例えば、下記一般組成式(1)
Ln1−xAxMOp (1)
〔式中、Lnは希土類元素を示す。Aはアルカリ土類金属元素を示す。Mは遷移金属元素を示す。xは0<x≦0.4を示す。pは酸素原子数を示す。〕
で示されるものが好ましい。
その他の材質として、例えば、上記(イ)及び(ロ)以外の材質であって、一般に絶縁材料として公知のものが使用できる。このような材質としては、Al2O3、SiC及びSi3N4の少なくとも1種が挙げられる。
Ln1−xAxGa1−y−zByEzOp (2)
〔式中、LnはLa、Ce、Pr、Nd及びSmの少なくとも1種を示す。AはSr、Ca及びBaの少なくとも1種を示す。BはMg及びAlの少なくとも1種を示す。EはCo、Fe、Ni及びCuの少なくとも1種を示す。xは0.05≦x≦0.3を示す。yは0<y≦0.29を示す。zは0≦z≦0.3を示す。pは酸素原子数を示す。〕
で示されるガレート系酸化物が好適である。
LaxSr1−xGayMg1−yOp (3)
〔但し、0.8<x<1、0.65<y<0.95、pは酸素原子数を示す〕
で示されるランタンガレート系酸化物が好ましい。
La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Op (4)
〔但し、pは酸素原子数を示す〕
で示される、いわゆるLSGM1020がより好ましい。
本発明のSOFCの製造方法は限定的ではないが、固体電解質、燃料極及び空気極は、それぞれ次の手順に従って作製できる。即ち、固体電解質のうち、支持体電解質であれば、例えば、8YSZの粉末を結合剤(ポリエチレングリコール等:以下同じ)と混合して得られるペーストを所定形状となるように塗布又はグリーンシート化後、焼成(焼結)することにより作製できる。支持体電解質に貫通孔を設ける処理は、焼結体に施しても良いが、加工性を考慮するとグリーンシート状態のときに施すことが好ましい。ガレート系酸化物電解質、燃料極及び空気極についても、各部を構成する前記材料の粉末をペースト化後、所定形状に成形し、次いで焼成(焼結)することにより作製できる。
(1)厚さ方向に貫通孔を有する支持体電解質とガレート系酸化物電解質とを得る工程1、
(2)支持体電解質及びガレート系酸化物電解質の一方と燃料極とを積層する工程2、
(3)支持体電解質及びガレート系酸化物電解質の他の一方と空気極とを積層する工程3。
工程1は、厚さ方向に貫通孔を有する支持体電解質とガレート系酸化物電解質とを得る。
工程2は、支持体電解質及びガレート系酸化物電解質の一方と燃料極とを積層する。
工程3は、支持体電解質及びガレート系酸化物電解質の他の一方と空気極とを積層する。
2.支持体電解質に形成された貫通孔
3.ガレート系酸化物電解質
4.燃料極
5.空気極
6.貫通孔に充填された空気極の一部
LSGM1020粉末(共立マテリアル株式会社製)と結合剤(ポリエチレングリコール)とを混合し、ガレート系酸化物電解質のペースト(固形分濃度70重量%)とした。
Claims (9)
- 固体電解質、燃料極及び空気極を有する固体酸化物形燃料電池であって、固体電解質が1)厚さ方向に貫通孔を有する支持体電解質と2)ガレート系酸化物電解質との積層構造を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
- 支持体電解質が、蛍石型化合物である、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 支持体電解質が、下記一般組成式(1)
Ln1−xAxMOp (1)
〔式中、Lnは希土類元素を示す。Aはアルカリ土類金属元素を示す。Mは遷移金属元素を示す。xは0<x≦0.4を示す。pは酸素原子数を示す。〕
で示される電子伝導性ペロブスカイト型酸化物である、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。 - ガレート系酸化物電解質が、下記一般組成式(2)
Ln1−xAxGa1−y−zByEzOp (2)
〔式中、LnはLa、Ce、Pr、Nd及びSmの少なくとも1種を示す。AはSr、Ca及びBaの少なくとも1種を示す。BはMg及びAlの少なくとも1種を示す。EはCo、Fe、Ni及びCuの少なくとも1種を示す。xは0.05≦x≦0.3を示す。yは0<y≦0.29を示す。zは0≦z≦0.3を示す。pは酸素原子数を示す。〕
で示されるガレート系酸化物である、請求項1〜3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。 - ガレート系酸化物電解質の厚さが、30〜250μmである、請求項1〜4のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
- 固体電解質の厚さが、130〜450μmである、請求項1〜5のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
- 固体電解質、燃料極及び空気極がいずれも平板状である、請求項1〜6のいずれかに記載の平板型固体酸化物形燃料電池。
- 固体電解質、燃料極及び空気極がいずれも円筒状である、請求項1〜6のいずれかに記載の円筒型固体酸化物形燃料電池。
- 下記工程を順に有することを特徴とする、固体酸化物形燃料電池の製造方法:
(1)厚さ方向に貫通孔を有する支持体電解質とガレート系酸化物電解質とを得る工程1、
(2)支持体電解質及びガレート系酸化物電解質の一方と燃料極とを積層する工程2、
(3)支持体電解質及びガレート系酸化物電解質の他の一方と空気極とを積層する工程3。
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