JP2009520319A - 緩衝層を有する固体酸化物燃料電池 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (63)
- マンガン酸ランタン材料を含むカソードであって、酸素の流れを受け入れるためのチャンネルと、酸素が流れる該チャンネルに沿って延びる緩衝層とを有するカソードと、
燃料の流れを受け入れるためのチャンネルを含むアノードと、
該カソードと該アノードの間に配置された電解質層と
を含む、燃料電池構成体。 - 前記緩衝層が前記カソードのチャンネルの内面を画定する、請求項1に記載の燃料電池構成体。
- 前記緩衝層が二相材料を含む、請求項1に記載の燃料電池構成体。
- 前記緩衝層が、Ni−NiO、Fe3O4−Fe2O3、Mn3O4−Mn2O3、Mn2O3−MnO2、Cu−Cu2O及びMn3O4−(La1-xAx)yMnO3-δからなる群より選択される材料を含む、請求項3に記載の燃料電池構成体。
- 前記緩衝層が、Mn3O4−Mn2O3、Mn2O3−MnO2及びMn3O4−(La1-xAx)yMnO3-δからなる群より選択される材料を含む、請求項4に記載の燃料電池構成体。
- 前記緩衝層が二相材料を含み、第1相がセラミック酸化物材料を含み、第2相がマンガン酸ランタン材料を含む、請求項3に記載の燃料電池構成体。
- 前記緩衝層が、Mn3O4−(La1-xAx)yMnO3-δの一般式を有する二相材料を含み、式中、xが約0.3以下であり、yが約1.0以下であり、La/Mn比が約1.0未満である、請求項6に記載の燃料電池構成体。
- 前記緩衝層が負の還元電位を有し、前記燃料電池構成体の動作中に、該緩衝層が酸化され、前記カソード内の酸素の調整された供給が緩衝層なしのカソードにおける酸素分圧と比べて低い分圧を有するようにされる、請求項1に記載の燃料電池構成体。
- 前記緩衝層が前記カソードへの酸素の調整された供給を与え、該カソード内の酸素の調整された供給が1000℃で約1.0気圧以下の分圧値を有するようにされる、請求項8に記載の燃料電池構成体。
- 前記カソードが(La1-xAx)yMnO3-δの組成を有するマンガン酸ランタン材料を含み、式中、yが約1.0以下であり、xが約0.5以下であり、La/Mn比が約1.0以下である、請求項1に記載の燃料電池構成体。
- yが約0.95以下であり、La/Mn比が約1.0未満である、請求項10に記載の燃料電池構成体。
- yが約0.85以下である、請求項11に記載の燃料電池構成体。
- 前記カソードが(La1-xAx)yMnO3-δの組成を有するマンガン酸ランタン材料を含み、式中、Aが、Mg、Ba、Sr、Ca、Co、Ga、Pb及びZrからなる群より選択されるドーパント材料である、請求項1に記載の燃料電池構成体。
- AがSrである、請求項13に記載の燃料電池構成体。
- 前記カソードが(La1-xSrx)yMnO3を含み、式中、xが約0.5以下であり、yが約1.0以下であり、La/Mn比が約1.0以下である、請求項13に記載の燃料電池構成体。
- yが約0.95以下であり、La/Mn比が約1.0未満である、請求項15に記載の燃料電池構成体。
- 前記アノードが金属相とセラミック相を含むサーメットを含む、請求項1に記載の燃料電池構成体。
- 前記金属相がNiを含み、前記セラミック相がジルコニアを含む、請求項43に記載の燃料電池構成体。
- 前記電解質が安定化ジルコニアを含む、請求項1に記載の燃料電池構成体。
- 前記電解質がZrO2中に約8mol%以上の酸化物安定化剤を含む、請求項19に記載の燃料電池構成体。
- 前記電解質がZrO2中に約10mol%以上の酸化物安定化剤を含む、請求項20に記載の燃料電池構成体。
- 前記電解質がイットリア安定化ジルコニアを含む、請求項21に記載の燃料電池構成体。
- 前記燃料電池構成体が複数の燃料電池を有する燃料電池スタックの構成体であり、各燃料電池が、マンガン酸ランタン材料を含むカソードであって、酸素の流れを受け入れるためのチャンネルと、酸素が流れる該チャンネルに沿って延びる緩衝層とを有するカソードと;燃料の流れを受け入れるためのチャンネルを含むアノードと;該カソードと該アノードの間に配置された電解質層とを有する、請求項1に記載の燃料電池構成体。
- マンガン酸ランタン材料を含み、酸素の流れを受け入れるためのチャンネルを有するカソードと、
燃料の流れのためのチャンネルを含むアノードと、
該カソードと該アノードの間に配置された電解質と、
緩衝層であって、酸素が、該マンガン酸ランタン材料への通過前に、該緩衝層を通過するよう配置され、それによってマンガン酸ランタン材料への酸素の流れを緩衝する緩衝層と
を含む、燃料電池。 - 前記緩衝層が前記カソード中に及び、該カソードと一体化された、請求項24に記載の燃料電池。
- 前記緩衝層が前記カソードのチャンネルに沿って延びる、請求項25に記載の燃料電池。
- 前記緩衝層が前記カソードのチャンネルの内面を画定する、請求項26に記載の燃料電池。
- 前記緩衝層が二相材料を含む、請求項24に記載の燃料電池。
- 前記緩衝層が、Ni−NiO、Fe3O4−Fe2O3、Mn3O4−Mn2O3、Mn2O3−MnO2、Cu−Cu2O及びMn3O4−(La1-xAx)yMnO3-δからなる群より選択される材料を含む、請求項28に記載の燃料電池。
- 前記緩衝層が、Mn3O4−Mn2O3、Mn2O3−MnO2及びMn3O4−(La1-xAx)yMnO3-δからなる群より選択される材料を含む、請求項29に記載の燃料電池。
- 前記緩衝層が二相材料を含み、第1相がセラミック酸化物材料を含み、第2相がマンガン酸ランタン材料を含む、請求項28に記載の燃料電池。
- 前記緩衝層が、Mn3O4−(La1-xAx)yMnO3-δの一般式を有する二相材料を含み、式中、xが約0.3以下であり、yが約1.0以下であり、La/Mn比が約1.0未満である、請求項31に記載の燃料電池。
- 前記緩衝層が負の還元電位を有し、前記燃料電池構成体の動作中に、該緩衝層が酸化され、前記カソード内の酸素の調整された供給が緩衝層なしのカソードにおける酸素分圧と比べて低い分圧を有するようにされる、請求項24に記載の燃料電池。
- 前記緩衝層が前記カソードへの酸素の調整された供給を与え、該カソード内の酸素の調整された供給が1000℃で約1.0気圧以下の分圧値を有するようにされる、請求項24に記載の燃料電池。
- 前記カソードが多孔質の材料を含み、該カソードの%気孔率が該カソードの全体積の約10vol%以上である、請求項24に記載の燃料電池。
- 前記カソードが(La1-xAx)yMnO3-δの組成を有するマンガン酸ランタン材料を含み、式中、yが約1.0以下であり、xが約0.5以下であり、La/Mn比が約1.0以下である、請求項24に記載の燃料電池。
- yが約0.95以下であり、La/Mn比が約1.0未満である、請求項36に記載の燃料電池。
- yが約0.85以下である、請求項37に記載の燃料電池。
- 前記カソードが(La1-xAx)yMnO3-δの組成を有するマンガン酸ランタン材料を含み、式中、Aが、Mg、Ba、Sr、Ca、Co、Ga、Pb及びZrからなる群より選択されるドーパント材料である、請求項36に記載の燃料電池。
- AがSrである、請求項39に記載の燃料電池。
- 前記カソードが(La1-xSrx)yMnO3を含み、式中、xが約0.5以下であり、yが約1.0以下であり、La/Mn比が約1.0以下である、請求項40に記載の燃料電池。
- yが約0.95以下であり、La/Mn比が約1.0未満である、請求項41に記載の燃料電池。
- 前記アノードが金属相とセラミック相を含むサーメットを含む、請求項24に記載の燃料電池。
- 前記金属相がNiを含み、前記セラミック相がジルコニア又は他の任意のアノード材料を含む、請求項43に記載の燃料電池。
- 前記アノードが、該アノードの全体積の約10vol%以上の気孔率を有する多孔質材料を含む、請求項24に記載の燃料電池。
- 前記電解質が安定化ジルコニアを含む、請求項24に記載の燃料電池。
- 前記電解質がZrO2中に約8mol%以上の酸化物安定化剤を含む、請求項46に記載の燃料電池。
- 前記電解質がZrO2中に約10mol%以上の酸化物安定化剤を含む、請求項47に記載の燃料電池。
- 前記電解質がイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を含む、請求項48に記載の燃料電池。
- 前記電解質が電解質層の全体積の約10vol%以下の気孔率を有する材料を含む、請求項24に記載の燃料電池。
- 燃料を調整するための燃料システムと、
酸素流の通路を提供する空気システムであって、緩衝された酸素を提供するための該酸素流の通路内に配置された緩衝材料を含む空気システムと、
該燃料システムに接続されかつ該空気システムに接続された固体酸化物燃料電池スタックであって、複数の固体酸化物燃料電池を有し、該複数の固体酸化物燃料電池の各固体酸化物燃料電池が、
マンガン酸ランタン材料を含むカソードであって、緩衝された酸素を受け入れるためのチャンネルを有するカソード、
燃料を受け入れるためのアノード、及び
該カソードと該アノードの間に配置された電解質層
を含む固体酸化物燃料電池スタックと、
該固体酸化物燃料電池スタックと電気的に結合された電力調整器と
を含む、燃料電池システム。 - 前記緩衝材料が、前記カソードのチャンネルに沿って延びる緩衝材料の層である、請求項51に記載の燃料電池システム。
- 前記緩衝層が前記カソードのチャンネルの内面を画定する、請求項52に記載の燃料電池システム。
- 前記緩衝層が二相材料を含む、請求項51に記載の燃料電池システム。
- 前記緩衝層が、Ni−NiO、Fe3O4−Fe2O3、Mn3O4−Mn2O3、Mn2O3−MnO2、Cu−Cu2O及びMn3O4−(La1-xAx)yMnO3-δからなる群より選択される材料を含む、請求項54に記載の燃料電池システム。
- 前記緩衝層が二相材料を含み、第1相がセラミック酸化物材料を含み、第2相がマンガン酸ランタン材料を含む、請求項54に記載の燃料電池システム。
- 前記緩衝層が、Mn3O4−(La1-xAx)yMnO3-δの一般式を有する二相材料を含み、式中、xが約0.3以下であり、yが約1.0以下であり、La/Mn比が約1.0未満である、請求項56に記載の燃料電池システム。
- 前記緩衝層が負の還元電位を有し、前記燃料電池構成体の動作中に、該緩衝層が酸化され、前記カソード内の酸素の調整された供給が緩衝層なしのカソードにおける酸素分圧と比べて低い分圧を有するようにされる、請求項51に記載の燃料電池システム。
- 前記緩衝層が前記カソードへの酸素の調整された供給を与え、該カソード内の酸素の調整された供給が1000℃で約1.0気圧以下の分圧値を有するようにされる、請求項51に記載の燃料電池システム。
- 前記カソードが(La1-xAx)yMnO3-δの組成を有するマンガン酸ランタン材料を含み、式中、yが約1.0以下であり、xが約0.5以下であり、La/Mn比が約1.0以下である、請求項51に記載の燃料電池システム。
- 前記マンガン酸ランタン材料が(La1-xSrx)yMnO3の組成を含み、式中、yが約1.0以下であり、xが約0.5以下であり、La/Mn比が約1.0未満である、請求項60に記載の燃料電池システム。
- 前記アノードが、Niを含む金属相と、ジルコニアを含むセラミック相とを含む、請求項51に記載の燃料電池システム。
- 前記電解質がイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を含む、請求項51に記載の燃料電池システム。
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