JP2011096645A - 単室型固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、(ZrO2)1−X(Sc2O3)X(Xは、0.08〜0.15)を含有する電解質と、前記電解質の一方面に配置される燃料極と、前記電解質の他方
面に配置され、[Ma1-xMa’x]2[Mb1-yMb’y]O4 を含有する空気極(式中、
MaおよびMa’は同一または異り、アルカリ土類金属、ランタノイドおよびアクチノイドの族から選択され、MbおよびMb’は同一または異っており遷移金属から選択され、xおよびyは同一または異なっており且つ0〜1であるような数値を示す)と、を備えている。
【選択図】図1
Description
この固体電解質1には、CeあるいはAlなどがドープされていてもよい。また、イオン伝導度の観点から、上記式中、Xが0.1である(ZrO2)0.9(Sc2O3)0.1(10mol%スカンジウム安定化ジルコニア)を用いることが好ましい。
(2)式中、MaおよびMa’は同一または異なり、ランタノイドおよびアクチノイドの族から選択され、MbおよびMb’は同一または異なっており遷移金属から選択され、xおよびyは同一または異なっており且つ0〜1であるような数値を示す。
実施例1として、図1に示すような固体酸化物形燃料電池を作製した。以下、その手順を示す。まず、燃料極材料としてNiO粉末(平均粒径1μm)、GDC(Gd0.1Ce0.9Ox)粉末(平均粒径1μm)を重量比で7:3となるように混合して混合物を作製した。その後、セルロース系バインダー樹脂を添加して、上記混合物の割合が80重量%となるように燃料極ペーストを作製した。つまり、上記混合物と、バインダー樹脂との重量比が80:20となるようにした。燃料極ペーストの粘度はスクリーン印刷に適した5×105mPa・sとした。
上記実施例1において、電解質材料を添加した空気極を作成した。すなわち、空気極全体の質量に対し、Gd0.1Ce0.9O3の粉末(平均粒子径 1μm)を10質量%添加して、空気極ペーストを作製した。そして、焼結温度を1000℃として、燃料電池を作製した。
上記実施例1において、電解質材料を添加した空気極を作成した。すなわち、空気極全体の質量に対し、(ZrO2)0.9(Sc2O3)0.1の粉末平均粒子径 0.5μm)を10質量%添加して、空気極ペーストを作製した。そして、焼結温度を1000℃として、燃料電池を作製した。
上記実施例1において、空気極の焼結温度を1200℃として、燃料電池を作製した。
上記実施例1において、空気極の材料をPr2NiO4に変更し、1200℃で焼成することで燃料電池を作製した。
上記実施例5において、電解質材料を添加した空気極を作成した。すなわち、空気極全体の質量に対し、Gd0.1Ce0.9O3の粉末(平均粒子径 1μm)を10質量%添加して、空気極ペーストを作製した。そして、焼結温度を1200℃として、燃料電池を作製した。
上記実施例5において、電解質材料を添加した空気極を作成した。すなわち、空気極全体の質量に対し、(ZrO2)0.9(Sc2O3)0.1の粉末平均粒子径 0.5μm)を10質量%添加して、空気極ペーストを作製した。そして、焼結温度を1200℃として、燃料電池を作製した。
燃料極、電解質は実施例1と同様にし、空気極のみを変更した。すなわち、空気極として、Pr0.6Sr0.4FeO3を使用し、焼成温度を1000℃とした燃料電池を作製した。
燃料極、電解質は実施例1と同様にした。そして、空気極を、Pr0.6Sr0.4FeO3に変更して焼成温度を1200℃とした燃料電池を作製した。
燃料極、電解質は実施例1と同様にした。空気極は、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3に変更した燃料電池を作製した。なお、焼成温度は1200℃とした。
燃料極、電解質は実施例1と同様にした。空気極は、Sm0.5Sr0.5CoO3に変更した燃料電池を作製した。なお、焼成温度は1200℃とした。
比較例4を、二室型固体酸化物形燃料電池として用いた。
実施例4を、二室型固体酸化物形燃料電池として用いた。
実施例5を、二室型固体酸化物形燃料電池として用いた。
実施例1〜7および比較例1〜4で作製したセルに対して、集電体として燃料極側にPtメッシュ、空気極側にAuメッシュを設置し、次のような単室での評価実験を行った。すなわち、メタンと空気との混合ガスを流速500ml/min(メタン100ml/min、空気400ml/min)、電気炉温度約700℃で、作製した各燃料電池に供給し、出力密度を測定した。結果は、以下の通りである。
続いて、比較例5〜7の燃料極、空気極側に集電体としてPtメッシュを設置したセルを用い、二室型固体酸化物形燃料電池として、評価を行った。評価試験では、水素30ml/minと空気60ml/minをセル付近温度を約700℃で燃料極及び空気極にそれぞれ分離して供給した。結果は、以下の通りである。
2 燃料極
3 空気極
Claims (4)
- (ZrO2)1−X(Sc2O3)Xを含有する電解質(Xは、0.08〜0.15)と、
前記電解質の一方面に配置される燃料極と、
前記電解質の他方面に配置され、[Ma1-xMa’x]2[Mb1-yMb’y]O4を含有する空気極(式中、MaおよびMa’は同一または異り、ランタノイドおよびアクチノイドの族から選択され、MbおよびMb’は同一または異なっており遷移金属から選択され、xおよびyは同一または異なっており且つ0〜1であるような数値を示す)と、
を備えている、単室型固体酸化物形燃料電池。 - 前記MaおよびMa’は、La、Pr、SmまたはMgから選択され、
MbおよびMb’は、Mn、Fe、CoまたはNiから選択される、請求項1に記載の単室型固体酸化物形燃料電池。 - 前記空気極は、La2NiO4またはPr2NiO4を含有する、請求項1に記載の単室型固体酸化物形燃料電池。
- 前記電解質は、(ZrO2)0.9(Sc2O3)0.1を含有する、請求項1から3のいずれかに記載の単室型固体酸化物形燃料電池。
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