JP2011204416A - 固体酸化物形燃料電池用燃料極材料、それを用いた燃料極、並びに固体酸化物形燃料電池用セル。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料極材料が、周期律表第6族〜10族の元素の金属からなる群より選択される少なくとも1種であるアンモニア分解触媒、電極触媒、および固体電解質粒子を含み、当該燃料極材料で形成された燃料極を含む固体酸化物形燃料電池用セルとする。
【選択図】なし
Description
(a)YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、これらのジルコニアにさらにCe、Al等をドープしたジルコニア系粉末
(b)SDC(サマリアドープドセリア)、GDC(ガドリアドープドセリア)等のドープセリア系粉末
(c)LSGM(ランタンガレート)系粉末、例えばLa0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3
(d)酸化ビスマス系粉末、例えばBi2O3
固体電解質の厚さは一般的に5〜500μmの範囲であり、それ自体が燃料極及び空気極のための支持機能を有しているESCの場合は50〜500μm、好ましくは100〜400μm、燃料極によって固体電解質が支持されるASCの場合は5〜100μm、好ましくは10〜50μmである。
(1)水素の燃料極への供給・拡散と電極触媒への吸着・解離;水素分子が燃料極中の電極触媒に吸着し、水素原子に解離する
(2)水素原子の電極触媒粒子での移動と酸素イオンの電解質内の移動;水素原子ならびに酸素イオンが三相界面に移動する
(3)水素原子と酸素イオンの反応;水素原子が三相界面で酸素イオンと反応し、水蒸気と電子を生成する
(4)生成した水蒸気と電子の移動;水蒸気が三相界面より解離して燃料極内の気孔を、電子は連続的につながる電流パスをそれぞれ移動する
機能を有する触媒である。
(I)電極触媒、固体電解質とともにアンモニア分散触媒がサーメット中に含まれる燃料極
(II)電極触媒と固体電解質のサーメット表面に、アンモニア分解触媒が分散した燃料極
(III)電極触媒と固体電解質のサーメット表面に、アンモニア分解触媒が固体電解質粒子に担持されたアンモニア分解担持触媒が分散した燃料極
などがある。
(燃料極材料)
アンモニア分解触媒として、市販の酸化ルテニウム粉末(フルヤ化学社製、平均粒子径:1μm)、電極触媒として、市販の酸化ニッケル粉末(正同化学社製:製品名:Green、平均粒子径:0.7μm、比表面積:3.5m2/g)および、電解質粒子として、市販の10モル%スカンジア1モル%安定化ジルコニア粒子(第一稀元素化学工業社製;製品名:10Sc1CeSZ、平均粒子径:0.6μm、比表面積:10.8m2/g)を、当該酸化ニッケル粉末55体積%と安定化ジルコニア粒子45体積%とを攪拌混合して混合物とし、さらに、当該混合物100質量部に対して0.5質量部の上記酸化ルテニウム粉末を添加し、さらに攪拌混合して燃料極材料を調製した。
市販の酸化ランタン、炭酸ストロンチウム、酸化コバルトおよび酸化鉄粉末から固相法で合成したランタンストロンチウムコバルトフェライト粉末La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(平均粒子径:0.7μm、比表面積:3.5m2/g)80質量%と、市販の酸化サマリウムおよび酸化セリア粉末から固相法で合成した30モル%サマリアドープセリア(平均粒子径:1.9μm、比表面積:2.4m2/g)20質量%とを攪拌混合して空気極材料とした。
電解質支持型燃料電池用セルの燃料極は、ドクターブレード法を用いて作成した10モル%スカンジア1モル%安定化ジルコニアシート(直径:120mm、厚さ300μm)の一方に面に、上記の燃料極材料にバインダー(ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、n−パラフィン、テレピン油、セルロース系樹脂)を加えた後混練して調製した燃料極ペーストをスクリーン印刷法で塗布し、乾燥後、1300℃で2時間焼成して形成した。なお、燃料極の厚さは40μmで気孔率は35%であった。
実施例1の燃料極材料において、アンモニア分解触媒としての酸化ルテニウム粉末を添加せず、酸化ニッケル粉末と安定化ジルコニア粒子とを攪拌混合した混合物を燃料極材料とした以外は、実施例1と全く同様にして、セルを作製した。
上記実施例1と比較例1で得たセルを用いて、800℃で発電試験を行った。すなわち、当該セルの燃料極側にニッケル網(80メッシュ)を、空気極側に白金網(80メッシュ)によりセル挟持し、さらに当該ニッケル網と白金網の両側に金属マニホルドを設け、燃料ガスとしてボンベのアンモニア(流量1L/min)、酸化剤ガスとして空気(流量1L/min)を供給した。
結果を表に示す。
Claims (10)
- アンモニアを含むガスを燃料とする固体酸化物形燃料電池の燃料極を形成するための燃料極材料であって、
アンモニア分解触媒、電極触媒、および固体電解質粒子を含むことを特徴とする固体酸化物形燃料電池燃料極材料。 - 前記アンモニア分解触媒が、周期律表第6族〜10族の元素の金属からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1に記載の燃料極材料。
- 前記アンモニア分解触媒が、Mo、W、Fe、Ru、Co、Ni、PdおよびPt、の金属からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1または2に記載の燃料極材料。
- 前記電極触媒が、Fe、Co、NiおよびCuからなる群より選択される少なくとも1種の金属である請求項1〜3に記載の燃料極材料。
- 前記固体電解質粒子が、安定化ジルコニアおよび/またはドープセリアからなる粒子である請求項1〜4に記載の燃料極材料。
- 固体酸化物形燃料電池における固体電解質の片面側に形成される燃料極であって、請求項1〜5のいずれかに記載の燃料極材料で形成されたものであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用燃料極。
- 前記アンモニア分解触媒、電極触媒、および固体電解質粒子のサーメットからなる請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池用燃料極。
- 前記電極触媒と固体電解質粒子のサーメットからなり、アンモニア分解触媒が当該サーメット上に分散されている請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池用燃料極。
- 前記電極触媒と固体電解質粒子のサーメットからなり、アンモニア分解触媒が固体電解質粒子に担持されたアンモニア分解担持触媒が当該サーメット上に分散されている請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池用燃料極。
- 固体電解質の片面側に燃料極が形成され、他面側に空気極が形成されたアンモニアを含むガスを燃料とする固体酸化物形燃料電池用セルであって、前記燃料極が請求項6〜9のいずれかに記載の燃料極であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用セル。
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