JP2011081955A - 高気孔率の燃料極を形成可能な燃料極材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記成分(A)〜(C)を含有し、前記成分(C)の含有量が酸化物換算で10〜40重量%である固体酸化物型燃料電池用燃料極材料:
・粉末X線回折法によって得られる空間群Fm3mの(001)面の半価幅に於いて0.45°未満の半価幅且つ熱機械分析(TMA)における30℃から1300℃までの線収縮率が10%以下である酸化ニッケル(A)、
・安定化ジルコニア(B)、及び
・TMAにおける30℃から1300℃までの線収縮率が20%以上であるニッケル化合物(C)。
【選択図】なし
Description
1. 下記成分(A)〜(C)を含有し、前記成分(C)の含有量が酸化物換算で10〜40重量%である固体酸化物型燃料電池用燃料極材料:
・粉末X線回折法によって得られる空間群Fm3mの(001)面の半価幅に於いて0.45°未満の半価幅且つ熱機械分析(TMA)における30℃から1300℃までの線収縮率が10%以下である酸化ニッケル(A)、
・安定化ジルコニア(B)、及び
・TMAにおける30℃から1300℃までの線収縮率が20%以上であるニッケル化合物(C)。
2. 前記成分(A)及び(C)の酸化物換算での総重量:前記成分(B)の重量比が、50:50〜90:10の範囲である、上記項1に記載の燃料極材料。
3. 前記成分(C)は、TMAにおける1300℃の線収縮率が20%以上である水酸化ニッケル(C1)、又は、TMAにおける1300℃の線収縮率が20%以上である酸化ニッケル(C2)である、上記項1又は2に記載の燃料極材料。
4. 前記水酸化ニッケル(C1)が空間群P−3m1の構造を有する、上記項3に記載の燃料極材料。
5. 前記酸化ニッケル(C2)が空間群Fm3mの構造を有し且つその(001)面に於いて0.70°以上の半価幅を有する、上記項3に記載の燃料極材料。
6. 下記成分(A)〜(C)を、前記成分(C)の含有量が酸化物換算で10〜40重量%となるように混合する固体酸化物型燃料電池用燃料極材料の製造方法:
・粉末X線回折法によって得られる空間群Fm3mの(001)面の半価幅に於いて0.45°未満の半価幅且つ熱機械分析(TMA)における30℃から1300℃までの線収縮率が10%以下である酸化ニッケル(A)、
・安定化ジルコニア(B)、及び
・TMAにおける30℃から1300℃までの線収縮率が20%以上であるニッケル化合物(C)。
・粉末X線回折法によって得られる空間群Fm3mの(001)面の半価幅に於いて0.45°未満の半価幅且つ熱機械分析(TMA)における30℃から1300℃までの線収縮率が10%以下である酸化ニッケル(A)、
・安定化ジルコニア(B)、及び
・TMAにおける30℃から1300℃までの線収縮率が20%以上であるニッケル化合物(C)。
(収縮率(t)は温度t℃での線収縮率、L0は成形体の焼結前の長さ、L(t)は温度t℃での成形体の長さである。)
線収縮率の測定は以下のようにして実施する。即ち、試料粉末50gを200kg/cm2で仮成型した後に1ton/cm2の圧力でCIP成型を実施し、得られた成型体から高さ5×5×12mmの形状物を切り出して測定試料とする。この成型体の縦方向の線収縮率の温度変化を、熱機械分析装置TMA(理学電機製 型番:TMA8310)を用いて、大気雰囲気下で10gの加重をかけながら10℃/分の昇温速度で測定する。
(気孔率測定)
実施例1
空間群Fm3mを有し、(001)面の半価幅が0.36°であり、且つ30〜1300℃におけるTMA線収縮率が1.6%である酸化ニッケル(A)(田中化学研究所製)と、8YSZ(B)(第一稀元素化学製)と、空間群P−3m1を有し、且つ30〜1300℃におけるTMA線収縮率が26.2%である水酸化ニッケル(C1)(田中化学研究所製)とを用意した。上記8YSZは、Y2O3を8mol%含有するイットリア安定化ジルコニアを意味する。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と水酸化ニッケル(C1)の酸化物換算での重量比を45:40:15に変えた以外は実施例1と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と水酸化ニッケル(C1)の酸化物換算での重量比を30:40:30に変えた以外は実施例1と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
水酸化ニッケル(C1)を、空間群Fm3mを有し、(001)面の半価幅が0.70°であり、且つ30〜1300℃におけるTMA線収縮率が21.6%である酸化ニッケル(C2)(田中化学研究所製)に変えた。そして、酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と酸化ニッケル(C2)の酸化物換算での重量比を50:40:10に変えた以外は実施例1と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と酸化ニッケル(C2)の酸化物換算での重量比を45:40:15に変えた以外は実施例4と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と酸化ニッケル(C2)の酸化物換算での重量比を30:40:30に変えた以外は実施例4と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と水酸化ニッケル(C1)の酸化物換算での重量比を10:50:40に変えた以外は実施例1と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)の酸化物換算での重量比を60:40とし、他の成分を含まない以外は実施例1と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と水酸化ニッケル(C1)の酸化物換算での重量比を55:40:5に変えた以外は実施例1と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と水酸化ニッケル(C1)の酸化物換算での重量比を15:40:45に変えた以外は実施例1と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と酸化ニッケル(C2)の酸化物換算での重量比を55:40:5に変えた以外は実施例4と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と酸化ニッケル(C2)の酸化物換算での重量比を15:40:45に変えた以外は実施例4と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
水酸化ニッケル(C1)を、空間群Fm3mを有し、(001)面の半価幅が0.54°であり、且つ30〜1300℃におけるTMA線収縮率が15.4%である酸化ニッケル(D)(田中化学研究所製)に変えた。そして、酸化ニッケル(A)とイットリア安定化ジルコニア(B)と酸化ニッケル(D)の酸化物換算での重量比を45:40:15に変えた以外は実施例1と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
酸化ニッケル(A)を酸化ニッケル(D)に変えて、更に酸化ニッケル(D)とイットリア安定化ジルコニア(B)と酸化ニッケル(C2)の酸化物換算での重量比を45:40:15とした以外は実施例4と同様にして還元焼結体を作製した。還元焼結体の気孔率の測定結果を表1に示す。
イットリア安定化ジルコニア(B)と水酸化ニッケル(C1)の酸化物換算での重量比を40:60とし、他の成分を含まない以外は実施例1と同様にして還元焼結体を作製した。得られた成型体には所々に割れ・欠けが見られた。また気孔率測定の際の圧力によって成型体構造の崩壊が生じ、測定できなかった。
試験例1(固体酸化物型燃料電池の作製)
下記条件下で、固体酸化物型燃料電池を作製した。
セル形状
セル直径;20mmφ
電解質厚さ;500μm
各電極の直径;0.64cm2
電解質;8YSZ(東ソー製、TZ−8YSB)
カソード;LSM−80F(第一稀元素化学製)と10Sc1CeSZ(第一稀元素化学製)を重量比1:1で混合
セル製造条件
1)電解質
1)−1 成形;プレス成型の後CIP処理 (CIP圧;1.3t/cm2)
2)−2 焼成;1500℃×2hr
3)−3 加工;上下面→平面研削 外径→円筒研削
2)アノード
・スクリーンマスク ST#165 乳剤厚20μm
・印刷回数 2回
・焼き付け温度 1300℃×2hr
3)カソード
・スクリーンマスク ST#165 乳剤厚20μm
・印刷回数 2回
・焼き付け温度 1200℃×2hr
<発電評価>
作製した固体酸化物型燃料電池を測定冶具にセットし、それを電気炉内に設置した後、電気炉を1000℃まで昇温させた。1000℃に達したら窒素ガスを150(ml/分)10〜20分フローさせ、その後1時間で900℃まで降温し、アノード側にH2:N2=5:95の混合ガスを150(ml/分)、カソード側にAirガスを150(ml/分)フローさせ、単セルの起電力が安定するまで保持した。その後、30分で電流密度0から300mA/cm2にまで調整し、その電流値を30分保持後の端子電圧を読み取った。
Claims (6)
- 下記成分(A)〜(C)を含有し、前記成分(C)の含有量が酸化物換算で10〜40重量%である固体酸化物型燃料電池用燃料極材料:
・粉末X線回折法によって得られる空間群Fm3mの(001)面の半価幅に於いて0.45°未満の半価幅且つ熱機械分析(TMA)における30℃から1300℃までの線収縮率が10%以下である酸化ニッケル(A)、
・安定化ジルコニア(B)、及び
・TMAにおける30℃から1300℃までの線収縮率が20%以上であるニッケル化合物(C)。 - 前記成分(A)及び(C)の酸化物換算での総重量:前記成分(B)の重量比が、50:50〜90:10の範囲である、請求項1に記載の燃料極材料。
- 前記成分(C)は、TMAにおける1300℃の線収縮率が20%以上である水酸化ニッケル(C1)、又は、TMAにおける1300℃の線収縮率が20%以上である酸化ニッケル(C2)である、請求項1又は2に記載の燃料極材料。
- 前記水酸化ニッケル(C1)が空間群P−3m1の構造を有する、請求項3に記載の燃料極材料。
- 前記酸化ニッケル(C2)が空間群Fm3mの構造を有し且つその(001)面に於いて0.70°以上の半価幅を有する、請求項3に記載の燃料極材料。
- 下記成分(A)〜(C)を、前記成分(C)の含有量が酸化物換算で10〜40重量%となるように混合する固体酸化物型燃料電池用燃料極材料の製造方法:
・粉末X線回折法によって得られる空間群Fm3mの(001)面の半価幅に於いて0.45°未満の半価幅且つ熱機械分析(TMA)における30℃から1300℃までの線収縮率が10%以下である酸化ニッケル(A)、
・安定化ジルコニア(B)、及び
・TMAにおける30℃から1300℃までの線収縮率が20%以上であるニッケル化合物(C)。
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JP2006004874A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 固体酸化物型燃料電池用アノード材料とその製造方法 |
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