JP2011054543A - 空気極の製造方法、空気極及び固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体酸化物形燃料電池(10)用の空気極(3)の製造方法であって、複合酸化物粒子が焼結して形成された多孔質材(40)の気孔内(40a)に金属イオン溶液(50)を含浸させる含浸工程と、含浸させた多孔質材(40)を加熱する加熱工程とを含み、前記複合酸化物粒子は、La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ(ただし、xの範囲は0<x<1.0であり、yの範囲は0.6<y<1.0である)で表される複合酸化物からなり、金属イオン溶液(50)は、Coイオンと、La及びSrから選ばれる1種以上の金属のイオンとを含む空気極(3)の製造方法とする。
【選択図】図3
Description
ビーカーにサンプル(多孔質材)を入れ、ロータリーポンプを用いて真空容器中で30分間真空脱泡した後、このビーカーに熱硬化性樹脂を流し込み、1時間ロータリーポンプで脱気して、多孔質材の内部に樹脂を浸透させる。次いで、このビーカーを乾燥機に入れて、60℃で24時間保持し、上記樹脂を硬化させる。次いで、このサンプルを、研磨機を用いてダイヤモンドペースト(砥粒の平均粒子径:1μm)により研磨し、測定する多孔質材の表面出しを行う。そして、この表面を走査型電子顕微鏡(SEM)により5000倍で観察する。次いで、測定範囲10μm四方の画像をA3用紙に出力し、当該画像上に、紙面の長辺方向と平行な方向に横切る任意の直線を引く。そして、直線が横切る各気孔部において、当該気孔部により切り取られる直線の長さを当該気孔部の孔径として記録し、測定した気孔数が200を超えるまで上記作業を繰り返す。次いで、上記で求めた孔径の累積分布グラフを作成し、50%累積頻度径(メディアン径)となる孔径を平均孔径とする。
原料粉末のBET値は、株式会社マウンテック製MODEL−1201を用い、一点式BET法により測定した。
原料粉末の平均粒子径は、マイクロトラック(日機装株式会社製MT3300)により測定した。
ハーフセルのセル電圧は、600℃の温度条件で、空気極に空気、対極に3%加湿水素をそれぞれ供給し、電流パルス発生器(北斗電工株式会社製、HC-111)を用いて電流を印加し、デジタルマルチメーター(株式会社アドバンテスト製、R6452A)により測定した。
反応分極(η)は、ハーフセルの開回路電圧を上記デジタルマルチメーターにより測定し、別途、電流遮断法により、オシロスコープ(横河電気株式会社製、DL1620)を用いてハーフセルの電圧損失(IR-loss)を測定し、上記測定方法で得られたハーフセルのセル電圧と、上記開回路電圧及び電圧損失(IR-loss)から以下の式により算出した。
反応分極=開回路電圧−セル電圧−電圧損失
組成分析は、高周波プラズマ発光分析(ICP、株式会社島津製作所製ICPS−8100)により行った。サンプルは、塩酸5mlと水5mlの混合液に、多孔質材又は空気極の試料粉末0.1gを添加した後、加熱下で溶解させた上、純水で希釈して調製し、定量は、各元素の標準試料に基づいて行った。
空気極の相組成は、X線回折(株式会社リガク製RINT2000)により評価を行った。
多孔質材及び空気極の微細構造は、走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製S−3400N)により評価を行った。
(緻密電解質用シートの形成)
緻密電解質用シートの出発原料として、Gdが10mol%ドープされたCeO2(GDC)粉末(BET値11m2/g)を準備した。そして、このGDC粉末100重量部に対し分散剤(日本油脂株式会社製、マリアリムAKM-0531)を3重量部加え、これらをエタノール中に分散させた。次いでこれらを24時間混合した後、GDC粉末100重量部に対し結合剤としてポリビニルブチラール(PVB)を12重量部加え、再び24時間混合し、GDC粉末のスラリーを調製した。続いて、このスラリーを脱泡した後、ドクターブレードを用いてキャリアフィルム上に塗布し、乾燥することによってエタノールを除去した。得られたシート(厚み約400μm)を直径19mmの大きさに切り抜き、1400℃で焼成することで緻密電解質用シートを得た。
空気極骨格(多孔質材)を形成する出発原料として、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)粉末(BET値13m2/g、平均粒子径1.8μm)を準備した。このLSCF粉末100重量部に対しポリエチレングリコールを33重量部加え、これらをエタノール中で30分間混合してLSCFスラリーを調製した。このスラリーを上記緻密電解質用シート上にスクリーン印刷法により塗布した。これを900℃で2時間焼成し、LSCFからなる空気極骨格(多孔質材)と電解質層との積層体(空気極骨格/電解質層ハーフセル)を得た。このハーフセルにおいて、LSCF層(空気極骨格)の厚みは15μmで、電解質層の厚みは約300μmであった。
金属イオン溶液の出発原料として、硝酸ランタン、硝酸コバルト、クエン酸、及びエチレングリコールを準備した(全て、99重量%以上の純度で、ナカライテスク株式会社より購入)。上記硝酸ランタン1mol、硝酸コバルト1mol、クエン酸2mol、及びエチレングリコール2molをイオン交換水に加え、1Lの水溶液を調製した。そして、当該水溶液を、ホットスターラーを用いて65℃に保持し、攪拌速度200rpmで3時間攪拌混合することで、含浸用の金属イオン溶液を調製した。
上記の多孔質材の表面上に、マイクロシリンジを用いて上記金属イオン溶液(25℃)を多孔質材1cm2あたり4μL滴下した後、空気雰囲気中、200℃で1時間乾燥し、続いて空気雰囲気中、600℃で1時間保持した。これにより、多孔質材の気孔壁面のコバルト組成比率が内部よりも高い空気極を形成し、実施例1のハーフセル(空気極/電解質層ハーフセル)を得た。なお、反応分極等の電気化学特性測定のための対極、参照極は市販のPtペースト(田中貴金属工業株式会社製TR−7905)を用いて作製した。
金属イオン溶液の出発原料として硝酸ランタンの代わりに硝酸ストロンチウムを用いたこと以外は、上記実施例1と同様の方法で、実施例2のハーフセルを得た。
金属イオン溶液の出発原料として、硝酸ランタン、硝酸ストロンチウム、硝酸コバルト、クエン酸、及びエチレングリコールを準備した。上記硝酸ランタン0.5mol、硝酸ストロンチウム0.5mol、硝酸コバルト1mol、クエン酸2mol、及びエチレングリコール2molをイオン交換水に加え、1Lの水溶液を調製した。その後は、実施例1と同様の方法で、実施例3のハーフセルを得た。金属イオン溶液の滴下前の多孔質材の微細構造(走査型電子顕微鏡写真)を図4Aに示し、実施例3で得られた空気極の微細構造(走査型電子顕微鏡写真)を図4Bに示す。図4A,Bより、滴下前後で外観上の変化がないことから、微粒子の析出はなく、多孔質材表面に別の層が積層されていないことが分かる。
金属イオン溶液の出発原料として、硝酸コバルト、クエン酸、及びエチレングリコールを準備した。上記硝酸コバルト1mol、クエン酸2mol、及びエチレングリコール2molをイオン交換水に加え、1Lの水溶液を調製した。その後は、実施例1と同様の方法で、比較例1のハーフセルを得た。
金属イオン溶液の含浸工程を行わないこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例2のハーフセルを得た。
2 燃料極
3 空気極
10 固体酸化物形燃料電池セル
20 緻密電解質用シート
30 燃料極/電解質層ハーフセル
31 複合酸化物粒子
31a 表層部
31b 内部
40 多孔質材
40a 気孔内
40b 表面
40c 気孔壁面
50 金属イオン溶液
Claims (13)
- 固体酸化物形燃料電池用の空気極の製造方法であって、
複合酸化物粒子が焼結して形成された多孔質材の気孔内に金属イオン溶液を含浸させる含浸工程と、前記含浸させた多孔質材を加熱する加熱工程とを含み、
前記複合酸化物粒子は、La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ(ただし、xの範囲は0<x<1.0であり、yの範囲は0.6<y<1.0である)で表される複合酸化物からなり、
前記金属イオン溶液は、Coイオンと、La及びSrから選ばれる1種以上の金属のイオンとを含む空気極の製造方法。 - 前記加熱工程において、前記含浸させた多孔質材を550〜750℃で加熱する請求項1に記載の空気極の製造方法。
- 前記加熱工程において、前記含浸させた多孔質材を550〜750℃で30〜120分間加熱する請求項1に記載の空気極の製造方法。
- 前記金属イオン溶液は、水溶液である請求項1〜3のいずれか1項に記載の空気極の製造方法。
- 前記金属イオン溶液は、キレート剤を更に含む請求項4に記載の空気極の製造方法。
- 前記キレート剤は、オキシカルボン酸類である請求項5に記載の空気極の製造方法。
- 前記金属イオン溶液は、多価アルコールを更に含む請求項4〜6のいずれか1項に記載の空気極の製造方法。
- 前記金属イオン溶液中の金属イオンの合計濃度が、0.5〜2.0mol/Lである請求項4〜7のいずれか1項に記載の空気極の製造方法。
- 前記含浸工程は、電解質層上に設けられた前記多孔質材の気孔内に前記金属イオン溶液を含浸させる工程であり、
前記電解質層は、ジルコニア系電解質材料、セリア系電解質材料、又はランタンガレート系電解質材料により形成されている請求項1〜8のいずれか1項に記載の空気極の製造方法。 - 固体酸化物形燃料電池用の空気極であって、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の製造方法により得られる空気極。 - 固体酸化物形燃料電池用の空気極であって、
La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ(ただし、xの範囲は0<x<1.0であり、yの範囲は0.5<y<1.0である)で表される複合酸化物からなる複合酸化物粒子が焼結して形成されており、
前記複合酸化物粒子の表層部におけるFeに対するCoの組成比率(Co/Fe)が、前記複合酸化物粒子の内部におけるFeに対するCoの組成比率(Co/Fe)よりも大きい空気極。 - 電解質層と、この電解質層を挟持する空気極及び燃料極とを含む固体酸化物形燃料電池であって、
前記空気極は、請求項10又は11に記載の空気極である固体酸化物形燃料電池。 - 前記電解質層は、ジルコニア系電解質材料、セリア系電解質材料、又はランタンガレート系電解質材料により形成されている請求項12に記載の固体酸化物形燃料電池。
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JP2001522518A (ja) * | 1997-04-30 | 2001-11-13 | ザ ダウ ケミカル カンパニー | 固体電気化学装置用の電極構造体 |
JP2002352808A (ja) * | 2001-05-30 | 2002-12-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体電解質型燃料電池用空気極への電極活性酸化物の導入方法 |
JP2006261101A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-09-28 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
JP2007287685A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-11-01 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
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JP2001522518A (ja) * | 1997-04-30 | 2001-11-13 | ザ ダウ ケミカル カンパニー | 固体電気化学装置用の電極構造体 |
JP2002352808A (ja) * | 2001-05-30 | 2002-12-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体電解質型燃料電池用空気極への電極活性酸化物の導入方法 |
JP2006261101A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-09-28 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
JP2007287685A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-11-01 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
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