JP2007042422A - 酸化銅粒子を含有する電極材料及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池の燃料極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記の発明に係る;
(1)酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とを含む複合粒子からなる電極材料、及び
(2)上記電極材料を含有するペーストからなる層を固体電解質表面に形成し、当該層を大気下800〜1000℃で焼成後、還元処理する、固体酸化物形燃料電池の燃料極の製造方法。
【選択図】なし
Description
(ZrO2)1−X(YOn)X (1)
〔式中、nは酸素原子数を示す。xは0<x≦0.4を示す。〕
で示されるイットリア安定化ジルコニア粒子、若しくは、下記組成式(2)
(ZrO2)1−X(ScOn)X (2)
〔式中、nは酸素原子数を示す。xは0<x≦0.4を示す。〕
で示されるスカンジア安定化ジルコニア粒子、又は、下記組成式(3)
(CeO2)1−X(MOn)X (3)
〔式中、Mは1価のアルカリ金属カチオン、2価のアルカリ土類金属カチオン及び3価の希土類元素カチオンからなる群から選択される少なくとも1種のカチオンを示す。nは酸素原子数を示す。xは0<x≦0.4を示す。〕
で示されるセリア系酸化物粒子である、上記項1又は2に記載の電極材料。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の電極材料は、酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とを含む複合粒子からなる。
(ZrO2)1−X(YOn)X (1)
〔式中、nは酸素原子数を示す。xは0<x≦0.4を示す。〕
で示されるイットリア安定化ジルコニア(YSZ)粒子、若しくは、下記組成式(2)
(ZrO2)1−X(ScOn)X (2)
〔式中、nは酸素原子数を示す。xは0<x≦0.4を示す。〕
で示されるスカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)粒子、又は、下記組成式(3)
(CeO2)1−X(MOn)X (3)
〔式中、Mは1価のアルカリ金属カチオン、2価のアルカリ土類金属カチオン及び3価の希土類元素カチオンからなる群から選択される少なくとも1種のカチオンを示す。nは酸素原子数を示す。xは0<x≦0.4を示す。〕
で示されるセリア系酸化物粒子が好適である。これらの酸化物イオン伝導性粒子は、1種又は2種以上を混合して使用できる。
本発明の電極材料は、融点の低い酸化銅を含有するにも関わらず、酸化物イオン伝導性粒子とともに複合粒子となっていることにより、詳細な理由は明らかではないが、銅系燃料極の材料(ペーストを固体電解質表面に塗布・焼成する材料)として有用である。
本発明のSOFCは、燃料極を上記方法により作製する以外は、公知の構成材料を使用できる。SOFCの概略を図4に示す。
2.酸化物イオン伝導性粒子
11.固体電解質
12.燃料極
13.空気極
14.外部回路の負荷
≪電極材料の作製≫
酸化物イオン伝導性粒子(SDC)の組成が、(CeO2)0.8(SmO1.5)0.2となるように、Ce(NO3)3及びSm(NO3)3を秤量して硝酸水溶液に溶解後、Cu(NO3)2と純水を加え、原料溶液を調製した。原料溶液は、酸化銅(金属銅換算)とSDCとの体積比が60:40になるように調整した。
次に、合成したCuO/SDC複合粒子を含有するペーストを、ランタンガレート系電解質(La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05On:LSGMC、但し、nは酸素原子数を示す)のディスク(厚み0.2mm)上にスクリーン印刷を行い、1000℃で3時間焼成し、電極面積2cm2の燃料極を作製した。作製した燃料極の発電試験後のミクロ構造を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図5(表面5000倍)及び図6(断面2000倍)に示す。
作動温度750℃における電極性能を評価した。燃料ガスとして純水素ガスを使用し、酸化剤ガスとして乾燥空気を使用した。燃料ガス流量は7.7NmL/minとした。酸化剤ガスの流量は33NmL/minとした。
Claims (7)
- 酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とを含む複合粒子からなる電極材料。
- 酸化物イオン伝導性粒子が、Zr含有粒子及びCe含有粒子の少なくとも1種である、請求項1に記載の電極材料。
- 酸化物イオン伝導性粒子が、下記組成式(1)
(ZrO2)1−X(YOn)X (1)
〔式中、nは酸素原子数を示す。xは0<x≦0.4を示す。〕
で示されるイットリア安定化ジルコニア粒子、若しくは、下記組成式(2)
(ZrO2)1−X(ScOn)X (2)
〔式中、nは酸素原子数を示す。xは0<x≦0.4を示す。〕
で示されるスカンジア安定化ジルコニア粒子、又は、下記組成式(3)
(CeO2)1−X(MOn)X (3)
〔式中、Mは1価のアルカリ金属カチオン、2価のアルカリ土類金属カチオン及び3価の希土類元素カチオンからなる群から選択される少なくとも1種のカチオンを示す。nは酸素原子数を示す。xは0<x≦0.4を示す。〕
で示されるセリア系酸化物粒子である、請求項1又は2に記載の電極材料。 - 銅化合物と酸化物状態において酸化物イオン伝導性を示す金属との両方を少なくとも溶解した溶液を原料溶液とし、当該原料溶液を噴霧熱分解法に供することにより製造される、請求項1〜3のいずれかに記載の電極材料。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の電極材料を用いて製造される固体酸化物形燃料電池の燃料極であって、銅粒子が酸化物イオン伝導性粒子により包囲されている構造を有する、多孔性燃料極。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の電極材料を含有するペーストからなる層を固体電解質表面に形成し、当該層を大気下800〜1000℃で焼成後、還元処理する、固体酸化物形燃料電池の燃料極の製造方法。
- 請求項5に記載の多孔性燃料極を備える固体酸化物形燃料電池。
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