JP2013051043A - Fuel electrode for fuel battery, and method of manufacturing the same - Google Patents

Fuel electrode for fuel battery, and method of manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel electrode for a fuel battery which allows the improvement of the structural reliability against thermal stress, and a manufacturing method and a material which are suitable for the production of the fuel electrode.SOLUTION: The fuel electrode 3 comprises at least a structure 31, and an electron conductor 32. The structure 31 has a core part 311, and a surface layer 312 covering the outer periphery of the core part 311. The core part 311 includes an oxygen ion conductor as its primary component, and the surface layer 312 includes a proton conductor as its primary component. The fuel electrode 3 can be manufactured by baking a mixture of at least a kind of powder formed from the structure 31, and a kind of powder formed from the electron conductor 32, provided that the structure has: the core part 311 including an oxygen ion conductor as its primary component; and the surface layer 312 covering the outer periphery of the core part 311 and including a proton conductor as its primary component.

Description

本発明は、燃料電池用燃料極およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、電解質として固体電解質を利用した燃料電池に用いられる燃料極およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel electrode for a fuel cell and a method for manufacturing the same, and more particularly to a fuel electrode used in a fuel cell using a solid electrolyte as an electrolyte and a method for manufacturing the same.

燃料電池は、反応物質(燃料)と酸化剤(空気や酸素)とを電池内部に供給することによって電気エネルギーを発生させる変換器である。燃料電池の基本的な要素は、燃料極、電解質、空気極である。これら基本要素の接合体が単セルと称される。従来、電解質として固体電解質を利用した固体電解質型の燃料電池が知られている。この種の燃料電池としては、例えば、固体電解質として安定化ジルコニア等の固体酸化物セラミックスを用いた固体酸化物形燃料電池(以下、SOFCということがある。)がある。   A fuel cell is a converter that generates electric energy by supplying a reactant (fuel) and an oxidant (air or oxygen) into the cell. The basic elements of a fuel cell are a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode. A joined body of these basic elements is called a single cell. Conventionally, a solid electrolyte type fuel cell using a solid electrolyte as an electrolyte is known. An example of this type of fuel cell is a solid oxide fuel cell (hereinafter sometimes referred to as SOFC) using solid oxide ceramics such as stabilized zirconia as a solid electrolyte.

上記燃料電池において、出力電圧を大きくするためには、固体電解質のオーム抵抗や、燃料極、空気極で生じる反応に伴う過電圧を小さくする必要がある。近年、例えば、燃料極の過電圧を低減し、出力電圧を向上させるため、プロトン導電体を用いる試みがなされている。   In the above fuel cell, in order to increase the output voltage, it is necessary to reduce the ohmic resistance of the solid electrolyte and the overvoltage associated with the reaction occurring at the fuel electrode and the air electrode. In recent years, for example, attempts have been made to use proton conductors in order to reduce the overvoltage of the fuel electrode and improve the output voltage.

例えば、特許文献1には、電子導電体であるNiと酸素イオン導電体であるイットリア安定化ジルコニアとの混合物中に、プロトン導電体であるSrZrO等のペロブスカイト型酸化物を添加し、これを焼成して作製した燃料極が開示されている。 For example, in Patent Document 1, a perovskite oxide such as SrZrO 3 as a proton conductor is added to a mixture of Ni as an electron conductor and yttria-stabilized zirconia as an oxygen ion conductor. A fuel electrode produced by firing is disclosed.

なお、特許文献2には、板状セリア系母材の表面にBaO塗膜を形成して熱処理することにより、BaCe(1−x)Sm(x)(3−α)のペロブスカイト型結晶が表面に成長したセリア系固体電解質が開示されている。 In Patent Document 2, a perovskite-type crystal of BaCe (1-x) Sm (x) O (3-α) is obtained by forming a BaO coating film on the surface of a plate-like ceria base material and performing heat treatment. A ceria-based solid electrolyte grown on the surface is disclosed.

特開2007−66813号公報JP 2007-66813 A 特開2005−243473号公報JP 2005-243473 A

しかしながら、従来の燃料極は以下の点で問題がある。すなわち、プロトン導電体の熱膨張係数は、電子導電体や酸素イオン導電体の熱膨張係数と大きく異なっている。そのため、プロトン導電体自体を含む従来の燃料極は、燃料電池の使用時に生じた熱応力により亀裂が発生するおそれがあり、構造信頼性が低い。   However, the conventional fuel electrode has the following problems. That is, the thermal expansion coefficient of the proton conductor is greatly different from the thermal expansion coefficient of the electronic conductor or the oxygen ion conductor. Therefore, the conventional fuel electrode including the proton conductor itself may be cracked due to thermal stress generated during use of the fuel cell, and the structural reliability is low.

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、熱応力に対する構造信頼性を向上させることが可能な燃料電池用燃料極を提供しようとするものである。また、上記燃料電池用燃料極の製造に適した製造方法、材料を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a fuel electrode for a fuel cell capable of improving the structural reliability against thermal stress. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method and materials suitable for manufacturing the fuel cell fuel electrode.

本発明の一態様は、コア部と該コア部の外周を覆う表層とを備えた構造体と、電子導電体とを少なくとも含有し、上記コア部の主成分が酸素イオン導電体であり、上記表層の主成分がプロトン導電体であることを特徴とする燃料電池用燃料極にある(請求項1)。   One embodiment of the present invention includes at least a structure including a core portion and a surface layer covering the outer periphery of the core portion, and an electronic conductor, and the main component of the core portion is an oxygen ion conductor, The main component of the surface layer is a proton conductor, in the fuel electrode for a fuel cell (Claim 1).

本発明の他の態様は、コア部と該コア部の外周を覆う表層とを備えた構造体から構成される粉末と、電子導電体から構成される粉末とを少なくとも含む混合物を得る混合物形成工程と、得られた混合物を焼成する焼成工程とを有し、上記コア部の主成分が酸素イオン導電体であり、上記表層の主成分がプロトン導電体であることを特徴とする燃料電池用燃料極の製造方法にある(請求項7)。   Another aspect of the present invention is a mixture forming step for obtaining a mixture including at least a powder composed of a structure including a core portion and a surface layer covering the outer periphery of the core portion, and a powder composed of an electronic conductor. And a firing step of firing the resulting mixture, wherein the main component of the core part is an oxygen ion conductor, and the main component of the surface layer is a proton conductor. It exists in the manufacturing method of a pole (Claim 7).

本発明のさらに他の態様は、コア部と該コア部の外周を覆う表層とを備え、かつ上記コア部の主成分が酸素イオン導電体であり、上記表層の主成分がプロトン導電体である構造体から構成されることを特徴とする粉末にある(請求項12)。   Still another embodiment of the present invention includes a core portion and a surface layer covering the outer periphery of the core portion, the main component of the core portion is an oxygen ion conductor, and the main component of the surface layer is a proton conductor. It is in the powder characterized by being comprised from a structure (Claim 12).

先ず、上記燃料電池用燃料極の作用効果について述べる。従来技術は、燃料極中にプロトン導電体自体をそのまま添加する。そのため、従来の燃料極は、内部に含まれる電子導電体や酸素イオン導電体等の他材料とプロトン導電体との熱膨張係数の差が大きく、熱応力に対する構造信頼性に劣る。   First, the effect of the fuel cell fuel electrode will be described. In the prior art, the proton conductor itself is added to the fuel electrode as it is. Therefore, the conventional fuel electrode has a large difference in thermal expansion coefficient between the proton conductor and other materials such as an electronic conductor and oxygen ion conductor contained therein, and is inferior in structural reliability against thermal stress.

これに対し、上記燃料電池用燃料極(以下、単に「燃料極」ということがある。)は、コア部とコア部の外周を覆う表層とを備えた構造体と、電子導電体とを含有している。そして、上記構造体は、コア部の主成分が酸素イオン導電体であり、表層の主成分がプロトン導電体である。そのため、構造体の熱膨張係数は、コア部の酸素イオン導電体の熱膨張係数に近くなり、表層のプロトン導電体の熱膨張係数の影響を受け難くなる。それ故、燃料極中に含まれうる電子導電体や酸素イオン導電体等の他材料と構造体との熱膨張係数の差を小さくすることができる。これにより、上記燃料極は、熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩和することが可能となり、熱応力に対する構造信頼性に優れる。   In contrast, the fuel electrode for a fuel cell (hereinafter sometimes simply referred to as “fuel electrode”) includes a structure having a core portion and a surface layer covering the outer periphery of the core portion, and an electronic conductor. doing. In the structure, the main component of the core part is an oxygen ion conductor, and the main component of the surface layer is a proton conductor. Therefore, the thermal expansion coefficient of the structure is close to the thermal expansion coefficient of the oxygen ion conductor in the core portion, and is less susceptible to the thermal expansion coefficient of the proton conductor in the surface layer. Therefore, the difference in thermal expansion coefficient between the structure and another material such as an electronic conductor or oxygen ion conductor that can be included in the fuel electrode can be reduced. As a result, the fuel electrode can relieve thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient, and is excellent in structural reliability against thermal stress.

また、燃料に含まれる水素(気相)の燃料極への吸着・解離は、主成分がプロトン導電体である構造体の表層でおこる。そのため、プロトン導電体自体を含有する従来の燃料極に比較して、少ないプロトン導電体の量でも吸着・解離の促進効果を得ることができる。それ故、上記燃料極は、反応に伴う過電圧(以下、「反応過電圧」ということがある。)を低減することができ、出力電圧の向上に寄与することができる。また、プロトン導電体の量を低減することができるので、低コスト化の観点からも有利である。   Further, adsorption / dissociation of hydrogen (gas phase) contained in the fuel to the fuel electrode occurs on the surface layer of the structure whose main component is a proton conductor. Therefore, as compared with the conventional fuel electrode containing the proton conductor itself, the effect of promoting adsorption / dissociation can be obtained even with a small amount of proton conductor. Therefore, the fuel electrode can reduce an overvoltage (hereinafter, also referred to as “reaction overvoltage”) associated with a reaction, and can contribute to an improvement in output voltage. Moreover, since the amount of the proton conductor can be reduced, it is advantageous from the viewpoint of cost reduction.

次に、上記燃料電池用燃料極の製造方法の作用効果について述べる。上記製造方法では、混合物の材料として、コア部とコア部の外周を覆う表層とを備え、かつコア部の主成分が酸素イオン導電体であり、表層の主成分がプロトン導電体である構造体から構成される粉末を用いている。そしてこの粉末と、電子導電体とを含んでなる未焼成の混合物を焼成することにより、焼結体としての燃料極を得る。そのため、上記製造方法は、従来技術のようにプロトン導電体の粉末そのものを混合物に含有させる必要がない。それ故、熱応力に対する構造信頼性に優れた上述の燃料極を好適に得ることができる。   Next, the effect of the method for producing the fuel electrode for a fuel cell will be described. In the manufacturing method described above, as a material of the mixture, a structure having a core part and a surface layer covering the outer periphery of the core part, the main component of the core part is an oxygen ion conductor, and the main component of the surface layer is a proton conductor The powder comprised from is used. And the fuel electrode as a sintered compact is obtained by baking the unbaked mixture containing this powder and an electronic conductor. Therefore, the manufacturing method does not require the mixture of the proton conductor powder itself as in the prior art. Therefore, the above-described fuel electrode excellent in structural reliability against thermal stress can be suitably obtained.

次に、上記粉末の作用効果について述べる。上記粉末は、コア部とコア部の外周を覆う表層とを備え、かつコア部の主成分が酸素イオン導電体であり、表層の主成分がプロトン導電体である構造体から構成されている。そのため、燃料極の製造時に原料としてプロトン導電体の粉末そのものを用いる代わりに、上記構造体から構成される粉末を用いることにより、燃料極中に含まれうる電子導電体や酸素イオン導電体等の他材料との熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩和することができる。それ故、熱応力に対する構造信頼性に優れた上述の燃料極の製造に適している。   Next, the effect of the powder will be described. The powder includes a core portion and a surface layer that covers the outer periphery of the core portion, and is composed of a structure in which the main component of the core portion is an oxygen ion conductor and the main component of the surface layer is a proton conductor. Therefore, instead of using the proton conductor powder itself as a raw material during the production of the fuel electrode, by using the powder composed of the above structure, an electronic conductor, an oxygen ion conductor, etc. that can be contained in the fuel electrode The thermal stress resulting from the difference in thermal expansion coefficient with other materials can be relieved. Therefore, it is suitable for manufacturing the above-described fuel electrode excellent in structural reliability against thermal stress.

以上、本発明によれば、熱応力に対する構造信頼性を向上させることが可能な燃料電池用燃料極を提供することができる。また、上記燃料電池用燃料極の製造に適した製造方法を提供することができる。また、上記燃料電池用燃料極の製造に適した材料を提供することができる。   As mentioned above, according to this invention, the fuel electrode for fuel cells which can improve the structural reliability with respect to a thermal stress can be provided. Moreover, the manufacturing method suitable for manufacture of the said fuel electrode fuel electrode can be provided. Moreover, the material suitable for manufacture of the said fuel electrode fuel electrode can be provided.

実施例に係る燃料電池単セルを模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the fuel cell single cell which concerns on an Example. 図1における燃料極の部位Aを拡大して模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which expanded and showed typically the site | part A of the fuel electrode in FIG. 作製した燃料電池単セルの試料における燃料極側の電極反応抵抗を示した図である。It is the figure which showed the electrode reaction resistance by the side of a fuel electrode in the sample of the produced fuel cell single cell. 作製した燃料電池単セルの試料における燃料極側の電極反応抵抗を示した図である。It is the figure which showed the electrode reaction resistance by the side of a fuel electrode in the sample of the produced fuel cell single cell. 構造体の熱膨張係数を、バリウムジルコネート、イットリア安定化ジルコニアの熱膨張係数と比較するための図である。It is a figure for comparing the thermal expansion coefficient of a structure with the thermal expansion coefficient of barium zirconate and yttria stabilized zirconia.

先ず、上記燃料極について説明する。上記燃料極は、電解質として固体電解質を用いる燃料電池に好適に適用することができる。固体電解質としては、例えば、イットリア、スカンジア等の酸化物が固溶された安定化ジルコニア(部分安定化ジルコニアも含む、以下省略)やセリア系固溶体等の酸素イオン導電性を示す固体酸化物などを例示することができる。以下、固体電解質として固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池をSOFCということがある。   First, the fuel electrode will be described. The fuel electrode can be suitably applied to a fuel cell using a solid electrolyte as an electrolyte. Examples of the solid electrolyte include stabilized zirconia in which oxides such as yttria and scandia are solid-dissolved (including partially stabilized zirconia, hereinafter omitted) and solid oxides having oxygen ion conductivity such as ceria-based solid solutions. It can be illustrated. Hereinafter, a solid oxide fuel cell using a solid oxide as a solid electrolyte may be referred to as SOFC.

燃料極は、コア部とコア部の外周を覆う表層とを備えた構造体と、電子導電体とを含有する。燃料極は、上記以外にも、さらに、酸素イオン導電体を含有することができる(請求項2)。この場合には、燃料極中の反応場を増加させることができる。そのため、構造体による水素の吸着・解離の促進効果と反応場の増大効果とが相まって、反応過電圧を低減しやすくなり、出力電圧の向上にいっそう寄与しやすくなる。   The fuel electrode includes a structure having a core part and a surface layer covering the outer periphery of the core part, and an electronic conductor. In addition to the above, the fuel electrode can further contain an oxygen ion conductor (claim 2). In this case, the reaction field in the fuel electrode can be increased. For this reason, the effect of promoting the adsorption / dissociation of hydrogen by the structure and the effect of increasing the reaction field are combined, thereby making it easier to reduce the reaction overvoltage and further contribute to the improvement of the output voltage.

構造体は、コア部の主成分が酸素イオン導電体であり、表層の主成分がプロトン導電体である。「コア部の主成分が酸素イオン導電体である」とは、コア部の50質量%以上が酸素イオン導電性を有する酸素イオン導電体であることをいう。なお、酸素イオン導電体は、実質的に酸素イオン導電性を有する物質のみならず、酸素イオン導電性および僅かな電子導電性を有する物質も含むことができる。コア部における酸素イオン導電体以外の成分としては、例えば、表層の成分であるプロトン導電体、製造上不可避な不純物などを例示することができる。このようにコア部には、表層の成分であるプロトン導電体が混ざっていてもよい。また、「表層の主成分がプロトン導電体である」とは、表層の50質量%以上がプロトン導電性を有するプロトン導電体であることをいう。表層におけるプロトン導電体以外の成分としては、例えば、コア部の成分である酸素イオン導電体、製造上不可避な不純物などを例示することができる。このように表層には、コア部の成分である酸素イオン導電体が混ざっていてもよい。なお、構造体に含まれるプロトン導電体は、構造体表面から内部に向かってプロトン導電体の存在割合が少なくなるように傾斜して存在していてもよい。なお、コア部の酸素イオン導電体や、表層のプロトン導電体の割合は、電子プローブマイクロアナライザ(以下、EPMA)による元素マッピング等により測定することができる。   In the structure, the main component of the core part is an oxygen ion conductor, and the main component of the surface layer is a proton conductor. “The main component of the core part is an oxygen ion conductor” means that 50% by mass or more of the core part is an oxygen ion conductor having oxygen ion conductivity. The oxygen ion conductor can include not only a substance having oxygen ion conductivity but also a substance having oxygen ion conductivity and slight electronic conductivity. Examples of the component other than the oxygen ion conductor in the core part include a proton conductor which is a component of the surface layer, impurities inevitable in production, and the like. Thus, the core portion may be mixed with a proton conductor that is a component of the surface layer. Further, “the main component of the surface layer is a proton conductor” means that 50% by mass or more of the surface layer is a proton conductor having proton conductivity. Examples of components other than the proton conductor in the surface layer include oxygen ion conductors that are components of the core part, impurities that are unavoidable in production, and the like. Thus, the surface layer may be mixed with an oxygen ion conductor that is a component of the core. Note that the proton conductor included in the structure may be present so as to be inclined so that the proportion of the proton conductor existing from the surface of the structure toward the inside decreases. The ratio of the oxygen ion conductor in the core and the proton conductor in the surface layer can be measured by element mapping using an electron probe microanalyzer (hereinafter referred to as EPMA).

構造体の表層は、コア部の外周のほぼ全てを覆うように存在していてもよいし、コア部の外周の一部を覆うように存在していてもよい。表層によるコア部外周の被覆率は、プロトン導電性の確保の観点から、好ましくは、60%以上、より好ましくは、80%以上、さらに好ましくは、90%以上とすることができる。   The surface layer of the structure may exist so as to cover almost the entire outer periphery of the core part, or may exist so as to cover a part of the outer periphery of the core part. From the viewpoint of ensuring proton conductivity, the coverage of the outer periphery of the core portion by the surface layer is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, and even more preferably 90% or more.

上記燃料極において、構造体における、コア部の主成分である酸素イオン導電体は、安定化ジルコニアおよびセリア系固溶体から選択される1種または2種以上、表層の主成分であるプロトン導電体は、プロトン導電性を示すペロブスカイト型酸化物とすることができる(請求項3)。   In the fuel electrode, the oxygen ion conductor that is the main component of the core in the structure is one or more selected from stabilized zirconia and ceria solid solution, and the proton conductor that is the main component of the surface layer is A perovskite oxide exhibiting proton conductivity can be obtained.

この場合には、SOFCに好適な燃料極となる。すなわち、SOFCは、例えば、600℃〜800℃の温度域で運転されうるため、電池運転時と電池停止時との温度差が大きい。そのため、燃料極中に含まれる材料間の熱膨張係数の差が大きいと、熱応力が発生しやすい。ところが、上記構成を有する燃料極とした場合には、SOFCの運転温度域で使用された場合であっても、熱膨張係数の差に起因する熱応力の発生を緩和することができ、熱応力に対する構造信頼性に優れる。   In this case, the fuel electrode is suitable for SOFC. That is, since the SOFC can be operated in a temperature range of 600 ° C. to 800 ° C., for example, there is a large temperature difference between battery operation and battery stop. Therefore, if the difference in thermal expansion coefficient between the materials contained in the fuel electrode is large, thermal stress is likely to occur. However, in the case of the fuel electrode having the above-described configuration, even when used in the operating temperature range of SOFC, the generation of thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient can be mitigated. Excellent structural reliability.

上記構造体における安定化ジルコニアとしては、例えば、Y、Sc、Gd、Sm、Yb、Nd等の希土類酸化物を1種または2種以上含む安定化ジルコニアなどを例示することができる。上記構造体におけるセリア系固溶体としては、例えば、Gd、Sm、Y、La等の希土類酸化物を1種または2種以上含むセリア系固溶体などを例示することができる。上記構造体におけるペロブスカイト型酸化物としては、例えば、Y、Sc、Gd、Sm、Yb、Nd、La等の希土類酸化物を1種または2種以上含みうるバリウムジルコネート、ストロンチウムジルコネート、バリウムセレート、ストロンチウムセレートなどを例示することができる。これらは1種または2種以上含まれていてもよい。 As the stabilized zirconia in the structure, for example, one kind of rare earth oxide such as Y 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Nd 2 O 3 or the like is used. Stabilized zirconia containing 2 or more types can be exemplified. Examples of the ceria-based solid solution in the structure include a ceria-based solid solution containing one or more rare earth oxides such as Gd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Y 2 O 3 , and La 2 O 3. can do. Examples of the perovskite oxide in the structure include rare earths such as Y 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Nd 2 O 3 , and La 2 O 3. Examples thereof include barium zirconate, strontium zirconate, barium serate, and strontium serate which can contain one or more oxides. One or more of these may be contained.

また、燃料極中に含まれうる酸素イオン導電体としては、例えば、安定化ジルコニア、セリア系固溶体などを例示することができる。なお、この場合における具体的な安定化ジルコニア、セリア系固溶体は、構造体のコア部の説明で例示した上記安定化ジルコニア、セリア系固溶体を適用することができる。   Examples of the oxygen ion conductor that can be contained in the fuel electrode include stabilized zirconia, ceria-based solid solution, and the like. In addition, the said stabilized zirconia and ceria type solid solution illustrated by description of the core part of a structure can be applied to the concrete stabilized zirconia and ceria type solid solution in this case.

上記燃料極において、構造体における、コア部の中心から表層の表面までの距離に対する表層の厚みの割合は、ほぼ一定であってもよいし、異なる部分があってもよい。構造体における、コア部の中心から表層の表面までの距離に対する表層の厚みの割合は、好ましくは、5〜50%、より好ましくは、10〜40%の範囲内とすることができる(請求項4)。   In the fuel electrode, the ratio of the thickness of the surface layer to the distance from the center of the core portion to the surface of the surface layer in the structure may be substantially constant, or there may be different portions. The ratio of the thickness of the surface layer to the distance from the center of the core portion to the surface of the surface layer in the structure is preferably 5 to 50%, more preferably 10 to 40% (claims). 4).

この場合には、材料間の熱膨張係数の差に起因する熱応力の緩和効果と、燃料極への水素の吸着・解離の促進効果とのバランスに優れる。そのため、熱応力に対する構造信頼性の向上効果と、反応過電圧の低減による出力電圧の向上効果とのバランスに優れる。なお、表層の厚みは、電子プローブマイクロアナライザ(以下、EPMA)による元素マッピング等により測定することができる。   In this case, the balance between the relaxation effect of thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between materials and the promotion effect of hydrogen adsorption / dissociation on the fuel electrode is excellent. Therefore, the balance between the improvement effect of the structural reliability against the thermal stress and the improvement effect of the output voltage due to the reduction of the reaction overvoltage is excellent. The thickness of the surface layer can be measured by element mapping using an electron probe microanalyzer (hereinafter referred to as EPMA).

上記燃料極において、構造体に対する表層の質量割合は、好ましくは、50〜90%、より好ましくは、70〜90%、さらに好ましくは、80〜90%の範囲内とすることができる。   In the fuel electrode, the mass ratio of the surface layer to the structure is preferably 50 to 90%, more preferably 70 to 90%, and still more preferably 80 to 90%.

この場合にも、材料間の熱膨張係数の差に起因する熱応力の緩和効果と、燃料極への水素の吸着・解離の促進効果とのバランスに優れる。そのため、熱応力に対する構造信頼性の向上効果と、反応過電圧の低減による出力電圧の向上効果とのバランスに優れる。なお、表層の質量割合は、EPMAによる元素分析等により測定することができる。   Also in this case, the balance between the relaxation effect of thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between materials and the promotion effect of hydrogen adsorption / dissociation on the fuel electrode is excellent. Therefore, the balance between the improvement effect of the structural reliability against the thermal stress and the improvement effect of the output voltage due to the reduction of the reaction overvoltage is excellent. The mass ratio of the surface layer can be measured by elemental analysis using EPMA.

上記燃料極において、構造体の含有量は、好ましくは、3〜20質量%、より好ましくは、5〜10質量%の範囲内であるとよい。   In the fuel electrode, the content of the structure is preferably 3 to 20% by mass, more preferably 5 to 10% by mass.

この場合にも、材料間の熱膨張係数の差に起因する熱応力の緩和効果と、燃料極への水素の吸着・解離の促進効果とのバランスに優れる。そのため、熱応力に対する構造信頼性の向上効果と、反応過電圧の低減による出力電圧の向上効果とのバランスに優れる。なお、上記構造体の含有量は、EPMAによる元素分析等により測定することができる。   Also in this case, the balance between the relaxation effect of thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between materials and the promotion effect of hydrogen adsorption / dissociation on the fuel electrode is excellent. Therefore, the balance between the improvement effect of the structural reliability against the thermal stress and the improvement effect of the output voltage due to the reduction of the reaction overvoltage is excellent. The content of the structure can be measured by elemental analysis using EPMA.

上記燃料極において、電子導電体は、燃料電池の作動温度において電子導電性を示すことができればいずれの物質でも用いることができる。電子導電体としては、例えば、ニッケル、鉄、チタンなどを例示することができる。これらは1種または2種以上併用することができる。   In the above fuel electrode, any material can be used as the electronic conductor as long as it can exhibit electronic conductivity at the operating temperature of the fuel cell. Examples of the electronic conductor include nickel, iron, titanium, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.

上記燃料極の厚みは、燃料電池の形状等を考慮して、例えば、30〜1000μmの範囲から適宜選択することができる。   The thickness of the fuel electrode can be appropriately selected from the range of, for example, 30 to 1000 μm in consideration of the shape of the fuel cell and the like.

次に、燃料電池単セルおよび燃料電池について説明する。燃料電池単セルは、固体電解質層の少なくとも一方面に上記燃料極を有する(請求項5)。燃料電池単セルは、より具体的には、固体電解質層と、固体電解質層の一方面に設けられた上記燃料極と、固体電解質層の他方面に設けられた空気極とを有する構成とすることができる。固体電解質層と空気極との間には、中間層を介在させることができる。   Next, a single fuel cell and a fuel cell will be described. The single fuel cell has the fuel electrode on at least one surface of the solid electrolyte layer. More specifically, the fuel cell single cell includes a solid electrolyte layer, the fuel electrode provided on one surface of the solid electrolyte layer, and an air electrode provided on the other surface of the solid electrolyte layer. be able to. An intermediate layer can be interposed between the solid electrolyte layer and the air electrode.

また、燃料電池は、この燃料電池単セルを有する(請求項6)。燃料電池は、より具体的には、燃料電池単セルをセパレータを介して複数積層してなる燃料電池スタックなどとして構成することができる。燃料電池単セルとセパレータとの間には、集電体が設けられていてもよい。   Further, the fuel cell has the single fuel cell (claim 6). More specifically, the fuel cell can be configured as a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell single cells are stacked via a separator. A current collector may be provided between the single fuel cell and the separator.

これらの燃料電池単セルおよび燃料電池は、熱応力に対する構造信頼性に優れた上記燃料極を用いているため、信頼性の高い燃料電池単セル、燃料電池になる。また、反応過電圧を低減可能な上記燃料極を用いているので、出力電圧の向上に有利な燃料電池単セル、燃料電池になる。   Since these fuel cell single cells and fuel cells use the above-described fuel electrode excellent in structural reliability against thermal stress, they become highly reliable fuel cell single cells and fuel cells. In addition, since the fuel electrode capable of reducing the reaction overvoltage is used, the fuel cell unit cell and the fuel cell are advantageous in improving the output voltage.

なお、固体電解質としては、上述したものを例示することができる。また、空気極の材料としては、例えば、ランタン−マンガン系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、ランタン−鉄系酸化物等の導電性を有するペロブスカイト型酸化物などを例示することができる。   In addition, as a solid electrolyte, what was mentioned above can be illustrated. Examples of the material of the air electrode include perovskite oxides having conductivity such as lanthanum-manganese oxide, lanthanum-cobalt oxide, and lanthanum-iron oxide.

燃料電池単セルおよび燃料電池の形状は、平板型、扁平型などの平面状、円筒状などの形状を採用することができる。好ましくは、セル製造性に優れる平面型であるとよい。燃料電池単セルおよび燃料電池は、固体電解質層、燃料極層、空気極層のいずれの発電主要素を支持体として機能させてもよい。発電主要素以外のものを別途支持体として具備することもできる。   The shape of the fuel cell unit cell and the fuel cell may be a flat shape such as a flat plate shape or a flat shape, or a cylindrical shape. Preferably, it is a flat type excellent in cell productivity. In the fuel cell unit cell and the fuel cell, any power generation main element of the solid electrolyte layer, the fuel electrode layer, and the air electrode layer may function as a support. A thing other than the power generation main element can also be provided as a separate support.

次に、上記燃料極の製造方法および上記粉末について説明する。上記燃料極の製造方法では、混合物形成工程において、コア部とコア部の外周を覆う表層とを備えた構造体から構成される粉末と、電子導電体から構成される粉末とを少なくとも含む混合物を形成する。なお、構造体、電子導電体の構成については、燃料極の説明で例示した内容に準ずるため、説明は省略する。   Next, the manufacturing method of the fuel electrode and the powder will be described. In the fuel electrode manufacturing method, in the mixture forming step, a mixture including at least a powder composed of a structure including a core part and a surface layer covering an outer periphery of the core part, and a powder composed of an electronic conductor. Form. In addition, about the structure of a structure and an electronic conductor, since it applies to the content illustrated by description of the fuel electrode, description is abbreviate | omitted.

上記燃料極の製造方法において、上記混合物は、さらに、酸素イオン導電体から構成される粉末を含むことができる(請求項8)。なお、酸素イオン導電体の構成については、燃料極の説明で例示した内容に準ずるため、説明は省略する。   In the fuel electrode manufacturing method, the mixture may further include a powder composed of an oxygen ion conductor (claim 8). In addition, about the structure of an oxygen ion conductor, since it applies to the content illustrated by description of the fuel electrode, description is abbreviate | omitted.

この場合には、得られる燃料極中の反応場を増加させることができる。そのため、構造体による水素の吸着・解離の促進効果と反応場の増大効果とが相まって、反応過電圧を低減しやすくなり、出力電圧の向上にいっそう寄与することが可能な燃料極が得られる。   In this case, the reaction field in the obtained fuel electrode can be increased. For this reason, the effect of promoting the adsorption / dissociation of hydrogen by the structure and the effect of increasing the reaction field are combined, so that the reaction overvoltage can be easily reduced, and a fuel electrode that can further contribute to the improvement of the output voltage can be obtained.

構造体から構成される粉末は、触媒活性や製造性などの観点から、平均粒径が好ましくは0.1〜10μm、より好ましくは0.1〜3μmの範囲内にあるとよい。同様に、電子導電体から構成される粉末は、平均粒径が好ましくは0.1〜10μm、より好ましくは0.1〜3μmの範囲内にあるとよい。酸素イオン導電体から構成される粉末は、平均粒径が好ましくは0.1〜10μm、より好ましくは0.1〜3μmの範囲内にあるとよい。なお、上記平均粒径は、JIS R1629に準拠して測定される、体積基準の積算分率における50%径のことである。   From the viewpoints of catalytic activity and manufacturability, the powder composed of the structure preferably has an average particle size of 0.1 to 10 μm, more preferably 0.1 to 3 μm. Similarly, the powder composed of the electronic conductor preferably has an average particle size in the range of 0.1 to 10 μm, more preferably 0.1 to 3 μm. The powder composed of the oxygen ion conductor preferably has an average particle diameter of 0.1 to 10 μm, more preferably 0.1 to 3 μm. In addition, the said average particle diameter is a 50% diameter in the integrated fraction of a volume reference | standard measured based on JISR1629.

上記燃料極の製造方法において、各粉末の混合手段は特に限定されるものではなく、例えば、ボールミル、遊星型ボールミルなどの各種の混合手段を用いることができる。また、混合物としては、具体的には、例えば、各粉末とエタノールなどの適当な溶媒とを混合してスラリーを調製した後、当該スラリーを各種の塗工法を用いて塗工し、シート状、膜状等に形成した未焼成物や、各粉末を混合し、この混合粉末をプレス成形等することにより形成した未焼成の成形体などを例示することができる。   In the fuel electrode manufacturing method, the means for mixing each powder is not particularly limited, and various mixing means such as a ball mill and a planetary ball mill can be used. In addition, as a mixture, specifically, for example, after preparing a slurry by mixing each powder and a suitable solvent such as ethanol, the slurry is applied using various coating methods, sheet-like, Examples thereof include an unfired product formed into a film or the like, and an unfired molded body formed by mixing each powder and press-molding the mixed powder.

また、混合物を形成するための粉末の種類が3種類以上ある場合、各粉末を一度に混合する手順を経ることにより混合物を形成することができる。また、2種類以上の粉末を先に混合し、この混合粉末に1種類以上の粉末をさらに加えて混合する手順を経ることにより、混合物を得ることも可能である。   Moreover, when there are three or more kinds of powders for forming the mixture, the mixture can be formed by going through a procedure of mixing each powder at once. Moreover, it is also possible to obtain a mixture by mixing two or more kinds of powders first and then adding and mixing one or more kinds of powders to the mixed powder.

具体的には例えば、構造体から構成される粉末と、電子導電体から構成される粉末と、酸素イオン導電体から構成される粉末とを混合する場合、電子導電体から構成される粉末と酸素イオン導電体から構成される粉末とを混合して得た混合粉末と、構造体から構成される粉末とを混合する手順を経て、混合物を形成することができる。このようにした場合には、電子導電体と酸素イオン導電体とから構成される骨格中に比較的均一に構造体が分散された燃料極を得やすくなる。   Specifically, for example, when mixing a powder composed of a structure, a powder composed of an electronic conductor, and a powder composed of an oxygen ion conductor, the powder composed of an electronic conductor and oxygen A mixture can be formed through a procedure of mixing a mixed powder obtained by mixing a powder composed of an ionic conductor and a powder composed of a structure. In this case, it becomes easy to obtain a fuel electrode in which the structure is relatively uniformly dispersed in the skeleton composed of the electron conductor and the oxygen ion conductor.

上記燃料極の製造方法において、構造体から構成される粉末は、コア部の原料となる酸素イオン導電体から構成される粉末の粒子表面に、熱処理によって上記酸素イオン導電体と反応してプロトン導電体を生成可能な反応原料を付着させる付着工程と、上記反応原料を付着させてなる酸素イオン導電体から構成される粉末を熱処理する熱処理工程とを経ることにより好適に準備することができる(請求項9)。   In the fuel electrode manufacturing method, the powder composed of the structural body reacts with the oxygen ion conductor by heat treatment on the particle surface of the powder composed of the oxygen ion conductor, which is the raw material of the core portion, and conducts proton conduction. It can be suitably prepared through an attachment step of attaching a reaction raw material capable of generating a body and a heat treatment step of heat-treating a powder composed of an oxygen ion conductor to which the reaction raw material is attached (claim) Item 9).

この場合には、熱処理工程における熱処理時に、コア部の原料である酸素イオン導電体から構成される粉末の粒子表面と、この粒子表面に付着した反応原料とが反応し、酸素イオン導電体の表層にプロトン導電体が生成する。また、表層よりも内側の酸素イオン導電体は、反応原料と実質的に反応せずにそのまま残り、コア部が形成される。これにより、コア部と該コア部の外周を覆う表層とを備え、かつコア部の主成分が酸素イオン導電体であり、表層の主成分がプロトン導電体である構造体から構成される粉末を、比較的簡単に準備することができる。   In this case, during the heat treatment in the heat treatment step, the powder particle surface composed of the oxygen ion conductor that is the raw material of the core part reacts with the reaction raw material attached to the particle surface, and the surface layer of the oxygen ion conductor Proton conductors are formed at the same time. Moreover, the oxygen ion conductor inside the surface layer remains as it is without substantially reacting with the reaction raw material, and the core portion is formed. Thus, a powder comprising a structure having a core portion and a surface layer covering the outer periphery of the core portion, the main component of the core portion being an oxygen ion conductor, and the main component of the surface layer being a proton conductor. Can be prepared relatively easily.

つまり、上記準備工程を有する燃料極の製造方法によれば、比較的簡単に、上記構造体から構成される粉末を準備することができる。それ故、上記準備工程を有する製造方法によれば、熱応力に対する構造信頼性に優れた上記燃料極を比較的簡単に得ることができる。   That is, according to the fuel electrode manufacturing method including the preparation step, it is possible to prepare the powder composed of the structure relatively easily. Therefore, according to the manufacturing method having the preparation step, the fuel electrode having excellent structural reliability against thermal stress can be obtained relatively easily.

コア部の原料となる酸素イオン導電体としては、例えば、燃料極の説明で例示した安定化ジルコニアやセリア系固溶体などを例示することができる。そして、熱処理によって酸素イオン導電体と反応してプロトン導電体を生成可能な反応原料としては、例えば、Ba、Sr等の酸化物、上記元素の硝酸塩、炭酸塩、水酸化物等といった上記元素を含有する化合物などを例示することができる。これらは1種または2種以上併用することができる。   Examples of the oxygen ion conductor used as the raw material for the core part include stabilized zirconia and ceria-based solid solution exemplified in the description of the fuel electrode. Examples of the reaction raw material that can generate a proton conductor by reacting with an oxygen ion conductor by heat treatment include, for example, oxides such as Ba and Sr, and the above elements such as nitrates, carbonates, and hydroxides of the above elements. Examples thereof include compounds. These can be used alone or in combination of two or more.

また、酸素イオン導電体から構成される粉末を構成する粒子表面に上記反応原料を付着させる方法は、特に限定されるものではない。例えば、反応原料と水等の溶媒とを含む溶液や、反応原料と適当なバインダーや溶媒等を含むスラリーなどと、コア部の原料となる酸素イオン導電体の粉末とを混合する方法などを採用することができる。これらの場合には、酸素イオン導電体の粉末を構成する粒子表面を、比較的均一に反応原料により被覆しやすいなどの利点がある。なお、上記溶液、スラリーを用いる場合、溶液、スラリー中の反応原料の濃度は、コア部の原料との反応性などの観点から、好ましくは、0.1mol/L以上、より好ましくは、0.3mol/L以上に調製されているとよい。   Moreover, the method of attaching the said reaction raw material to the particle | grain surface which comprises the powder comprised from an oxygen ion conductor is not specifically limited. For example, a solution containing a reaction raw material and a solvent such as water, a slurry containing a reaction raw material and an appropriate binder or solvent, and a powder of an oxygen ion conductor used as a raw material for the core are employed. can do. In these cases, there is an advantage that the particle surface constituting the powder of the oxygen ion conductor is relatively uniformly covered with the reaction raw material. In addition, when using the said solution and slurry, the viewpoint of the reactivity with the raw material of a core part, etc. from the viewpoint of the reactivity with the raw material of a core part, etc., Preferably, it is 0.1 mol / L or more, More preferably, it is 0.00. It is good to be prepared at 3 mol / L or more.

反応原料を付着させた酸素イオン導電体から構成される粉末を熱処理する際の熱処理温度は、反応性、コア部の量と表層の量とのバランス、反応元素の蒸発などの観点から、好ましくは、900℃〜1600℃、より好ましくは、1200℃〜1500℃の範囲内とすることができる。また、上記熱処理時間は、反応性、コア部の量と表層の量とのバランス、反応元素の蒸発などの観点から、好ましくは、1〜6時間、より好ましくは、1〜3時間の範囲内とすることができる。   The heat treatment temperature when heat-treating the powder composed of the oxygen ion conductor to which the reaction raw material is attached is preferably from the viewpoints of reactivity, balance between the amount of the core and the surface layer, evaporation of the reaction elements, etc. 900 ° C to 1600 ° C, more preferably 1200 ° C to 1500 ° C. The heat treatment time is preferably in the range of 1 to 6 hours, more preferably in the range of 1 to 3 hours, from the viewpoints of reactivity, balance between the amount of the core part and the surface layer, evaporation of the reactive elements, and the like. It can be.

上記燃料極の製造方法において、焼成工程における焼成温度は、熱処理工程における熱処理温度以下とすることができる(請求項10)。この場合には、混合物中に含まれうる電子導電体や酸素イオン導電体等と、構造体の表層との反応を効果的に抑制することができる。そのため、組成ズレ等の少ない燃料極を得やすくなる。焼成工程における焼成温度は、上記効果を確実なものにするなどの観点から、より好ましくは、熱処理工程における熱処理温度よりも低い温度とすることができる。さらに好ましくは、熱処理工程における熱処理温度−500℃〜熱処理工程における熱処理温度−50℃の範囲内とすることができる。   In the fuel electrode manufacturing method, the firing temperature in the firing step may be equal to or lower than the heat treatment temperature in the heat treatment step. In this case, the reaction between the electronic conductor, oxygen ion conductor, and the like that can be included in the mixture and the surface layer of the structure can be effectively suppressed. Therefore, it becomes easy to obtain a fuel electrode with little composition deviation. The firing temperature in the firing step can be more preferably lower than the heat treatment temperature in the heat treatment step from the viewpoint of ensuring the above effect. More preferably, it can be in the range of the heat treatment temperature in the heat treatment step -500 ° C to the heat treatment temperature in the heat treatment step -50 ° C.

上記燃料極の製造方法において、コア部の主成分である酸素イオン導電体は、安定化ジルコニアおよびセリア系固溶体から選択される1種または2種以上であり、表層の主成分であるプロトン導電体は、プロトン導電性を示すペロブスカイト型酸化物とすることができる(請求項11)。   In the fuel electrode manufacturing method, the oxygen ion conductor that is the main component of the core is one or more selected from stabilized zirconia and ceria-based solid solution, and the proton conductor that is the main component of the surface layer Can be a perovskite oxide exhibiting proton conductivity (claim 11).

この場合には、SOFCに好適な、熱応力に対する構造信頼性に優れた燃料極が得られる。なお、この場合における具体的な安定化ジルコニア、セリア系固溶体、ペロブスカイト型酸化物は、燃料極の説明で例示した安定化ジルコニア、セリア系固溶体、ペロブスカイト型酸化物を適用することができる。   In this case, a fuel electrode suitable for SOFC and excellent in structural reliability against thermal stress can be obtained. In this case, the specific stabilized zirconia, ceria-based solid solution, and perovskite oxide exemplified in the description of the fuel electrode can be applied to the specific stabilized zirconia, ceria-based solid solution, and perovskite-type oxide.

先ず、実施例に係る燃料電池単セル、燃料電池用燃料極およびその製造方法、構造体から構成される粉末につき、適宜図面を用いて概略を説明する。   First, an outline of a fuel cell unit cell, a fuel cell fuel electrode, a method for manufacturing the same, and a powder composed of a structure will be described with reference to the drawings as appropriate.

実施例に係る燃料電池単セル1は、図1に示すように、固体電解質層2の一方面に、実施例に係る燃料電池用燃料極3を有している。具体的には、実施例に係る燃料電池単セル1は、固体電解質層2と、固体電解質層2の一方面に設けられた実施例に係る燃料電池用燃料極3と、固体電解質層2の他方面に設けられた空気極4とを有している。   As shown in FIG. 1, the fuel cell single cell 1 according to the embodiment has the fuel electrode 3 for the fuel cell according to the embodiment on one surface of the solid electrolyte layer 2. Specifically, the fuel cell single cell 1 according to the embodiment includes a solid electrolyte layer 2, a fuel cell fuel electrode 3 according to the embodiment provided on one surface of the solid electrolyte layer 2, and a solid electrolyte layer 2. And an air electrode 4 provided on the other surface.

実施例に係る燃料電池用燃料極3は、図2に模式的に拡大して示すように、構造体31と電子導電体32とを含有している。なお、本例では、実施例に係る燃料電池用燃料極3は、構造体31、電子導電体32以外にも、さらに、酸素イオン導電体33を含有している。構造体31は、コア部311とコア部311の外周を覆う表層312とを備えている。コア部311は、主成分が酸素イオン導電体である。表層312は、主成分がプロトン導電体である。   The fuel electrode 3 for a fuel cell according to the example includes a structure 31 and an electronic conductor 32 as schematically shown in FIG. In this example, the fuel electrode 3 for the fuel cell according to the embodiment further includes an oxygen ion conductor 33 in addition to the structure 31 and the electronic conductor 32. The structure 31 includes a core portion 311 and a surface layer 312 that covers the outer periphery of the core portion 311. The main part of the core part 311 is an oxygen ion conductor. The main component of the surface layer 312 is a proton conductor.

実施例に係る燃料電池用燃料極の製造方法は、実施例に係る粉末と、電子導電体から構成される粉末とを少なくとも含む混合物を得る混合物形成工程と、得られた混合物を焼成する焼成工程とを有している。実施例に係る粉末は、コア部とコア部の外周を覆う表層とを備え、かつコア部の主成分が酸素イオン導電体であり、表層の主成分がプロトン導電体である構造体から構成されている(以下、この粉末を単に「構造体粉末」という。)。以下、実験例を用いて、さらに詳細に説明する。   A method for producing a fuel electrode for a fuel cell according to an embodiment includes a mixture forming step for obtaining a mixture including at least the powder according to the embodiment and a powder composed of an electronic conductor, and a firing step for firing the obtained mixture. And have. The powder according to the example includes a core part and a surface layer covering the outer periphery of the core part, the core part is composed of an oxygen ion conductor, and the surface layer is composed of a proton conductor. (Hereinafter, this powder is simply referred to as “structure powder”). Hereinafter, it demonstrates in detail using an experiment example.

(実験例)
<構造体粉末の作製>
8mol%のイットリアを固溶したイットリア安定化ジルコニア粉末(平均粒径=0.7μm)5gとBa(NO水溶液(濃度0.3mol/L)0.1Lとを、ボールミルに入れ、3時間混合した。次いで、このイットリア安定化ジルコニア粉末を1500℃で2時間熱処理し、試料P1の粉末(平均粒径=0.7μm)を得た。得られた試料P1の粉末について、SEM−EDS(走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析装置)を用いて元素マッピングを確認したところ、粒子の表層からはBa、Zr、Yが検出されるとともに、粒子の表層よりも内側からはZr、Yが検出された。また、XRD(X線回折装置)を用いて粒子の表層の結晶構造を確認したところ、その結晶構造はペロブスカイト型プロトン導電体であるバリウムジルコネートであることが確認された。これらの結果から、試料P1の粉末は、コア部とコア部の外周を覆う表層とを備え、かつコア部の主成分はイットリア安定化ジルコニアであり、表層の主成分はイットリアドープバリウムジルコネートであるコアシェル構造を有する粒子の群から構成されていることが分かった。また、EPMAの元素マッピングにより測定した、コア部の中心から表層の表面までの距離に対する表層の厚みの割合は、55%であった。
(Experimental example)
<Production of structure powder>
5 g of yttria-stabilized zirconia powder (average particle diameter = 0.7 μm) in which 8 mol% of yttria was dissolved and 0.1 L of Ba (NO 3 ) 2 aqueous solution (concentration 0.3 mol / L) were placed in a ball mill. Mixed for hours. Next, this yttria-stabilized zirconia powder was heat treated at 1500 ° C. for 2 hours to obtain a powder of Sample P1 (average particle size = 0.7 μm). About elemental mapping about the powder of obtained sample P1 using SEM-EDS (scanning electron microscope-energy dispersive X ray analyzer), Ba, Zr, and Y are detected from the surface layer of particles. At the same time, Zr and Y were detected from the inner side of the surface layer of the particles. Further, when the crystal structure of the surface layer of the particles was confirmed using XRD (X-ray diffractometer), it was confirmed that the crystal structure was barium zirconate which is a perovskite proton conductor. From these results, the powder of sample P1 has a core part and a surface layer covering the outer periphery of the core part, and the main component of the core part is yttria-stabilized zirconia, and the main component of the surface layer is yttria-doped barium zirconate. It was found to be composed of a group of particles having a certain core-shell structure. Further, the ratio of the thickness of the surface layer to the distance from the center of the core portion to the surface of the surface layer, measured by EPMA elemental mapping, was 55%.

試料P1の構造体粉末の作製において、熱処理条件を1600℃×2時間とした点以外は同様にして、試料P2の構造体粉末を得た。   In the production of the structure powder of Sample P1, the structure powder of Sample P2 was obtained in the same manner except that the heat treatment condition was 1600 ° C. × 2 hours.

試料P1の構造体粉末の作製において、熱処理条件を1400℃×2時間とした点以外は同様にして、試料P3の構造体粉末を得た。   In producing the structure powder of sample P1, the structure powder of sample P3 was obtained in the same manner except that the heat treatment condition was 1400 ° C. × 2 hours.

試料P1の構造体粉末の作製において、イットリア安定化ジルコニア粉末に代えて、6mol%のスカンジアを固溶したスカンジア安定化ジルコニア粉末(平均粒径=0.8μm)を用いた点以外は同様にして、試料P4の構造体粉末を得た。   In the production of the structure powder of sample P1, the same procedure was performed except that scandia-stabilized zirconia powder (average particle size = 0.8 μm) in which 6 mol% of scandia was dissolved was used instead of yttria-stabilized zirconia powder. A structural powder of Sample P4 was obtained.

試料P1の構造体粉末の作製において、イットリア安定化ジルコニア粉末に代えて、5mol%のガドリアがドープされたガドリアドープセリア粉末(平均粒径=0.5μm)を用いた点以外は同様にして、試料P5の構造体粉末を得た。   In the production of the structure powder of the sample P1, a gadria-doped ceria powder (average particle size = 0.5 μm) doped with 5 mol% gadria was used instead of the yttria-stabilized zirconia powder. A structure powder of Sample P5 was obtained.

試料P1の構造体粉末の作製において、イットリア安定化ジルコニア粉末に代えて、10mol%のサマリアがドープされたサマリアドープセリア粉末(平均粒径=0.5μm)を用いた点以外は同様にして、試料P6の構造体粉末を得た。   In the production of the structure powder of the sample P1, in place of the yttria-stabilized zirconia powder, except that a samaritan-doped ceria powder (average particle size = 0.5 μm) doped with 10 mol% samaria was used, A structure powder of Sample P6 was obtained.

試料P1の構造体粉末の作製において、イットリア安定化ジルコニア粉末に代えて、10mol%のイットリアがドープされたイットリアドープセリア粉末(平均粒径=0.5μm)を用いた点以外は同様にして、試料P7の構造体粉末を得た。以下に、作製した各構造体粉末の詳細な構成等をまとめて表1に示す。   In the production of the structure powder of the sample P1, in place of the yttria-stabilized zirconia powder, except that yttria-doped ceria powder doped with 10 mol% yttria (average particle size = 0.5 μm) was used, A structural powder of Sample P7 was obtained. Table 1 shows the detailed configuration and the like of each prepared structure powder.

Figure 2013051043
Figure 2013051043

<燃料電池単セルの作製>
上記にて作製した試料P1の構造体粉末(熱処理温度1500℃)と、NiO粉末(平均粒径:0.8μm)と、8mol%のイットリアを固溶したイットリア安定化ジルコニア(8YSZ)粉末(平均粒径:0.7μm)との質量比が10:50:40となるように各粉末を秤量した。秤量したNiO粉末および8YSZ粉末と、これら粉末に対して質量で1.7倍量のテルピネオールとをボールミルに入れ、回転数180rpmにて1時間混合した。次いで、このボールミル内にさらに秤量した試料P1の構造体粉末を添加し、回転数180rpmにて2時間混合した。これにより燃料極形成スラリーを調製した。
<Fabrication of fuel cell single cell>
Yttria-stabilized zirconia (8YSZ) powder (average) in which the structure powder (heat treatment temperature 1500 ° C.), NiO powder (average particle diameter: 0.8 μm), and 8 mol% of yttria prepared in the above were prepared. Each powder was weighed so that the mass ratio with respect to (particle diameter: 0.7 μm) was 10:50:40. The weighed NiO powder and 8YSZ powder and 1.7 times the mass of terpineol with respect to these powders were placed in a ball mill and mixed at 180 rpm for 1 hour. Next, the weighed structural powder of the sample P1 was added to the ball mill and mixed for 2 hours at 180 rpm. Thus, a fuel electrode forming slurry was prepared.

また、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8(LSCF)粉末(平均粒径:1.0μm)と、5mol%のガドリアがドープされたガドリアドープセリア(GDC粉末)(平均粒径=0.6μm)との質量比が80:20となるように各粉末を秤量した。秤量したLSCF粉末およびGDC粉末と、これら粉末に対して質量で1.5倍量のテルピネオールとをボールミルに入れ、回転数180rpmにて2時間混合した。これにより空気極形成スラリーを調製した。 Also, La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 (LSCF) powder (average particle size: 1.0 μm) and gadria-doped ceria doped with 5 mol% of gadria (GDC powder) ( Each powder was weighed so that the mass ratio with respect to the average particle size = 0.6 μm was 80:20. The weighed LSCF powder and GDC powder and terpineol 1.5 times the mass of these powders were placed in a ball mill and mixed at 180 rpm for 2 hours. Thus, an air electrode forming slurry was prepared.

また、5mol%のガドリアがドープされたガドリアドープセリア(平均粒径=0.6μm)と、これら粉末に対して質量で2倍量のテルピネオールとをボールミルに入れ、回転数180rpmにて2時間混合した。これにより空気極側の中間層形成スラリーを調製した。   In addition, gadria-doped ceria doped with 5 mol% of gadria (average particle size = 0.6 μm) and terpineol twice the mass of these powders were put in a ball mill and rotated at 180 rpm for 2 hours. Mixed. Thus, an intermediate layer forming slurry on the air electrode side was prepared.

なお、比較を行うため、上記作製した構造体粉末が全く含まれていない燃料極形成スラリーC1、上記作製した構造体粉末の代わりに、プロトン導電体粉末であるバリウムジルコネート粉末そのものを含有させた燃料極形成スラリーC2も調製した。   For comparison, a fuel electrode forming slurry C1 that does not contain the prepared structure powder at all, and a barium zirconate powder itself, which is a proton conductor powder, was contained in place of the prepared structure powder. A fuel electrode forming slurry C2 was also prepared.

上記燃料極形成スラリーC1は、次のように調製した。NiO粉末(平均粒径:0.8μm)と、8mol%のイットリアを固溶したイットリア安定化ジルコニア(8YSZ)粉末(平均粒径:0.7μm)との質量比が55:45となるように各粉末を秤量した。秤量したNiO粉末および8YSZ粉末と、これら粉末に対して質量で1.5倍量のテルピネオールとをボールミルに入れ、回転数180rpmにて2時間混合した。これにより燃料極形成スラリーC1を調製した。   The fuel electrode forming slurry C1 was prepared as follows. The mass ratio of NiO powder (average particle size: 0.8 μm) to yttria-stabilized zirconia (8YSZ) powder (average particle size: 0.7 μm) in which 8 mol% of yttria is dissolved is 55:45. Each powder was weighed. The weighed NiO powder and 8YSZ powder and terpineol 1.5 times the mass of these powders were put into a ball mill and mixed at 180 rpm for 2 hours. Thus, a fuel electrode forming slurry C1 was prepared.

また、上記燃料極形成スラリーC2は、次のように調製した。バリウムジルコネート粉末(平均粒径:0.7μm)と、NiO粉末(平均粒径:0.8μm)と、8mol%のイットリアを固溶したイットリア安定化ジルコニア(8YSZ)粉末(平均粒径:0.7μm)との質量比が10:50:40となるように各粉末を秤量した。秤量したNiO粉末および8YSZ粉末と、これら粉末に対して質量で1.7倍量のテルピネオールとをボールミルに入れ、回転数180rpmにて1時間混合した。次いで、このボールミル内にさらに秤量したバリウムジルコネート粉末を添加し、回転数180rpmにて2時間混合した。これにより燃料極形成スラリーC2を調製した。   The fuel electrode forming slurry C2 was prepared as follows. Barium zirconate powder (average particle size: 0.7 μm), NiO powder (average particle size: 0.8 μm), yttria-stabilized zirconia (8YSZ) powder (average particle size: 0) in which 8 mol% of yttria was dissolved. Each powder was weighed so that the mass ratio thereof was 10:50:40. The weighed NiO powder and 8YSZ powder and 1.7 times the mass of terpineol with respect to these powders were placed in a ball mill and mixed at 180 rpm for 1 hour. Next, a further weighed barium zirconate powder was added to the ball mill and mixed for 2 hours at a rotation speed of 180 rpm. Thus, a fuel electrode forming slurry C2 was prepared.

次に、8mol%のイットリアを固溶したイットリア安定化ジルコニア(8YSZ)からなり、厚み0.3mm、直径20mmの固体電解質板の一方面に、上記試料P1の構造体粉末を含む燃料極形成スラリーをスクリーン印刷した後、これを1400℃で焼成した。なお、この焼成温度は、燃料極形成スラリーに含まれる構造体粉末を作製した際の熱処理温度以下の温度である。これにより、固体電解質板の一方面に燃料極(厚み50μm、直径8mm)を形成した。   Next, a fuel electrode forming slurry comprising yttria-stabilized zirconia (8YSZ) in which 8 mol% of yttria is dissolved and containing the structure powder of the sample P1 on one surface of a solid electrolyte plate having a thickness of 0.3 mm and a diameter of 20 mm. After screen printing, this was fired at 1400 ° C. The firing temperature is a temperature equal to or lower than the heat treatment temperature when the structure powder contained in the fuel electrode forming slurry is produced. Thereby, a fuel electrode (thickness 50 μm, diameter 8 mm) was formed on one surface of the solid electrolyte plate.

次いで、上記固体電解質板の他方面に、上記中間層形成スラリーをスクリーン印刷した後、これを1300℃で焼成した。次に、上記空気極形成スラリーをスクリーン印刷した後、これを1050℃で焼成した。これにより、固体電解質板の他方面に中間層(厚み8μm、直径16mm)を介して空気極(厚み50μm、直径8mm)を形成した。以上により、試料F1の燃料電池単セルを作製した。   Next, the intermediate layer forming slurry was screen-printed on the other surface of the solid electrolyte plate, and then fired at 1300 ° C. Next, the air electrode forming slurry was screen-printed and then fired at 1050 ° C. Thus, an air electrode (thickness 50 μm, diameter 8 mm) was formed on the other surface of the solid electrolyte plate via an intermediate layer (thickness 8 μm, diameter 16 mm). Thus, a fuel cell single cell of Sample F1 was produced.

試料F1の燃料電池単セルの作製において、試料P2の構造体粉末(熱処理温度1600℃)を用いた点以外は同様にして、試料F2の燃料電池単セルを得た。   In the production of the fuel cell single cell of sample F1, a fuel cell single cell of sample F2 was obtained in the same manner except that the structure powder (heat treatment temperature 1600 ° C.) of sample P2 was used.

試料F1の燃料電池単セルの作製において、試料P3の構造体粉末(熱処理温度1400℃)を用いた点以外は同様にして、試料F3の燃料電池単セルを得た。   A fuel cell single cell of sample F3 was obtained in the same manner except that the structure powder of sample P3 (heat treatment temperature 1400 ° C.) was used in the production of the fuel cell single cell of sample F1.

試料F1の燃料電池単セルの作製において、試料P2の構造体粉末を用い、試料P2の構造体粉末とNiO粉末と8YSZ粉末との質量比が5:53:42となるように各粉末を秤量した点以外は同様にして、試料F4の燃料電池単セルを得た。   In the production of the fuel cell single cell of sample F1, the structure powder of sample P2 is used, and each powder is weighed so that the mass ratio of the structure powder of sample P2, NiO powder, and 8YSZ powder is 5:53:42. A fuel cell single cell of Sample F4 was obtained in the same manner except that.

試料F1の燃料電池単セルの作製において、試料P2の構造体粉末を用い、試料P2の構造体粉末とNiO粉末と8YSZ粉末との質量比が20:44:36となるように各粉末を秤量した点以外は同様にして、試料F5の燃料電池単セルを得た。   In the production of the fuel cell single cell of sample F1, the structure powder of sample P2 was used, and each powder was weighed so that the mass ratio of the structure powder of sample P2, NiO powder, and 8YSZ powder was 20:44:36. A fuel cell single cell of Sample F5 was obtained in the same manner except for the above.

試料F1の燃料電池単セルの作製において、上記調製した燃料極形成スラリーC1を用いた点以外は同様にして、試料F6の燃料電池単セルを得た。   A fuel cell single cell of Sample F6 was obtained in the same manner except that the fuel electrode forming slurry C1 prepared above was used in the production of the fuel cell single cell of Sample F1.

試料F1の燃料電池単セルの作製において、上記調製した燃料極形成スラリーC2を用いた点以外は同様にして、試料F7の燃料電池単セルを得た。以下に、作製した各燃料電池単セル、各燃料極の詳細な構成等をまとめて表2に示す。   In the production of the fuel cell single cell of sample F1, a fuel cell single cell of sample F7 was obtained in the same manner except that the fuel electrode forming slurry C2 prepared above was used. Table 2 summarizes the detailed configuration of each manufactured fuel cell single cell, each fuel electrode, and the like.

Figure 2013051043
Figure 2013051043

<燃料極の評価>
1.反応過電圧の評価
作製した燃料電池単セルを800℃で作動させ、四端子法にて交流インピーダンス測定を行い、その波形により燃料極側の電極反応抵抗を算出した。この際、燃料極には、97vol%H−3vol%HOの燃料ガスを0.1L/分の流量で供給した。また、空気極には、酸化剤ガスとして空気を0.1L/分の流量で供給した。図3および図4にその結果を示す。
<Evaluation of fuel electrode>
1. Evaluation of Reaction Overvoltage The produced fuel cell single cell was operated at 800 ° C., AC impedance was measured by the four-terminal method, and the electrode reaction resistance on the fuel electrode side was calculated from the waveform. At this time, 97 vol% H 2 -3 vol% H 2 O fuel gas was supplied to the fuel electrode at a flow rate of 0.1 L / min. In addition, air was supplied to the air electrode as an oxidant gas at a flow rate of 0.1 L / min. The results are shown in FIGS.

2.熱膨張評価
上記作製した試料P1〜P7の構造体の粉末をペレット状に成型し、1400℃で焼成することにより評価のための各ペレットを作製した。次いで、熱機械分析装置(TMA)を用いて、一定速度で昇温したときの各ペレットと標準試料(アルミナ)の熱膨張量の差から、各ペレットの熱膨張量を測定し、その結果から、各ペレットの熱膨張係数を算出した。この際、比較のため、上述のイットリアドープバリウムジルコネート(BZY)粉末、8YSZ粉末についても同様にペレットを作製し、熱膨張係数を算出した。図5にその結果を示す。
2. Thermal expansion evaluation Each of the pellets for evaluation was prepared by molding the powders of the structures of the samples P1 to P7 prepared above into pellets and firing them at 1400 ° C. Next, using a thermomechanical analyzer (TMA), the thermal expansion amount of each pellet is measured from the difference in thermal expansion amount between each pellet and the standard sample (alumina) when the temperature is increased at a constant rate. The thermal expansion coefficient of each pellet was calculated. At this time, for comparison, pellets were similarly prepared for the above-described yttria-doped barium zirconate (BZY) powder and 8YSZ powder, and the thermal expansion coefficient was calculated. FIG. 5 shows the result.

<考察>
図3〜図5の結果を相対比較すると以下のことが分かる。試料F6の燃料電池単セルは、特定の構造体を含有していない燃料極を有している。そのため、燃料極の電極反応抵抗が極めて高く、出力電圧の向上を図る上で極めて不利である。また、試料F7の燃料電池単セルは、プロトン導電性を示すペロブスカイト型酸化物であるバリウムジルコネートそのものを添加した燃料極を有している。そのため、燃料極の一部を構成する酸素イオン導電体であるイットリア安定化ジルコニア、バリウムジルコネートとは、熱膨張係数が大きく異なるため、熱応力に対する構造信頼性に欠ける。
<Discussion>
Comparing the results of FIG. 3 to FIG. 5 reveals the following. The fuel cell single cell of Sample F6 has a fuel electrode that does not contain a specific structure. Therefore, the electrode reaction resistance of the fuel electrode is extremely high, which is extremely disadvantageous for improving the output voltage. In addition, the fuel cell single cell of Sample F7 has a fuel electrode to which barium zirconate itself, which is a perovskite oxide showing proton conductivity, is added. Therefore, since the thermal expansion coefficient is greatly different from yttria-stabilized zirconia and barium zirconate, which are oxygen ion conductors constituting a part of the fuel electrode, structural reliability against thermal stress is lacking.

これらに対し、試料F1〜F5の燃料電池単セルは、特定の構造体を含有する燃料極を有している。上記燃料極において、上記特定の構造体の熱膨張係数は、コア部の酸素イオン導電体の熱膨張係数に近く、表層のプロトン導電体の熱膨張係数の影響を受け難い。そのため、上記燃料極は、燃料極を構成する他材料と構造体との熱膨張係数の差を小さくすることができる。なお、図5中には示していないが、Niの熱膨張係数は、13×10−6−1程度である。それ故、上記燃料極、燃料電池単セルは、熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩和することが可能となり、熱応力に対する構造信頼性に優れているといえる。 On the other hand, the fuel cell single cells of Samples F1 to F5 have a fuel electrode containing a specific structure. In the fuel electrode, the thermal expansion coefficient of the specific structure is close to the thermal expansion coefficient of the oxygen ion conductor in the core and is hardly affected by the thermal expansion coefficient of the proton conductor in the surface layer. Therefore, the fuel electrode can reduce the difference in thermal expansion coefficient between the other material constituting the fuel electrode and the structure. Although not shown in FIG. 5, the thermal expansion coefficient of Ni is about 13 × 10 −6 K −1 . Therefore, it can be said that the fuel electrode and the single fuel cell can relieve the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient, and are excellent in structural reliability against the thermal stress.

また、燃料に含まれる水素(気相)の燃料極への吸着・解離は、主成分がプロトン導電体である構造体の表層でおこる。そのため、プロトン導電体自体を含有する試料F7の燃料極に比較して、少ないプロトン導電体の量でも吸着・解離の促進効果を得ることができる。それ故、上記燃料極は、反応に伴う過電圧を低減することができ、出力電圧の向上に寄与することができるといえる。また、プロトン導電体の量を低減することができるので、低コスト化の観点からも有利であるといえる。   Further, adsorption / dissociation of hydrogen (gas phase) contained in the fuel to the fuel electrode occurs on the surface layer of the structure whose main component is a proton conductor. Therefore, compared with the fuel electrode of the sample F7 containing the proton conductor itself, an effect of promoting adsorption / dissociation can be obtained even with a small amount of proton conductor. Therefore, it can be said that the fuel electrode can reduce the overvoltage associated with the reaction and contribute to the improvement of the output voltage. Further, since the amount of proton conductor can be reduced, it can be said that it is advantageous from the viewpoint of cost reduction.

また、燃料極中の構造体の含有量が、3〜20質量%の範囲内にある場合には、熱応力に対する構造信頼性の向上効果と、反応過電圧の低減による出力電圧の向上効果とのバランスに優れたものになることが分かる。   Further, when the content of the structure in the fuel electrode is in the range of 3 to 20% by mass, the effect of improving the structural reliability against thermal stress and the effect of improving the output voltage by reducing the reaction overvoltage It can be seen that the balance is excellent.

以上、実施例について説明したが、本発明は、上記実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。   Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

1 燃料電池単セル
2 固体電解質層
3 燃料電池用燃料極
31 構造体
311 コア部
312 表層
32 電子導電体
33 酸素イオン導電体
4 空気極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell single cell 2 Solid electrolyte layer 3 Fuel electrode for fuel cells 31 Structure 311 Core part 312 Surface layer 32 Electronic conductor 33 Oxygen ion conductor 4 Air electrode

Claims (12)

コア部と該コア部の外周を覆う表層とを備えた構造体と、電子導電体とを少なくとも含有し、
上記コア部の主成分が酸素イオン導電体であり、上記表層の主成分がプロトン導電体であることを特徴とする燃料電池用燃料極。
A structure including a core portion and a surface layer covering the outer periphery of the core portion, and at least an electronic conductor,
A fuel electrode for a fuel cell, wherein a main component of the core portion is an oxygen ion conductor, and a main component of the surface layer is a proton conductor.
請求項1に記載の燃料電池用燃料極は、
さらに、酸素イオン導電体を含有することを特徴とする燃料電池用燃料極。
The fuel electrode for a fuel cell according to claim 1,
Furthermore, the fuel electrode for fuel cells characterized by containing an oxygen ion conductor.
請求項1または2に記載の燃料電池用燃料極において、
上記コア部の主成分である酸素イオン導電体は、安定化ジルコニアおよびセリア系固溶体から選択される1種または2種以上であり、
上記表層の主成分であるプロトン導電体は、プロトン導電性を示すペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする燃料電池用燃料極。
The fuel electrode for a fuel cell according to claim 1 or 2,
The oxygen ion conductor as the main component of the core part is one or more selected from stabilized zirconia and ceria-based solid solution,
A fuel electrode for a fuel cell, wherein the proton conductor as a main component of the surface layer is a perovskite oxide exhibiting proton conductivity.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池用燃料極において、
上記構造体は、上記コア部の中心から表層の表面までの距離に対する表層の厚みの割合が、5〜50%の範囲内にあることを特徴とする燃料電池用燃料極。
The fuel electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The fuel electrode for a fuel cell, wherein the structure has a ratio of the thickness of the surface layer to the distance from the center of the core portion to the surface of the surface layer in a range of 5 to 50%.
固体電解質層の少なくとも一方面に、請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池用燃料極を有することを特徴とする燃料電池単セル。   A fuel cell single cell comprising the fuel electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 4 on at least one surface of the solid electrolyte layer. 請求項5に記載の燃料電池単セルを有することを特徴とする燃料電池。   A fuel cell comprising the single fuel cell according to claim 5. コア部と該コア部の外周を覆う表層とを備えた構造体から構成される粉末と、電子導電体から構成される粉末とを少なくとも含む混合物を得る混合物形成工程と、
得られた混合物を焼成する焼成工程とを有し、
上記コア部の主成分が酸素イオン導電体であり、上記表層の主成分がプロトン導電体であることを特徴とする燃料電池用燃料極の製造方法。
A mixture forming step of obtaining a mixture comprising at least a powder comprising a core body and a structure comprising a surface layer covering the outer periphery of the core part, and a powder comprising an electronic conductor;
A firing step of firing the resulting mixture,
A method for producing a fuel electrode for a fuel cell, wherein a main component of the core portion is an oxygen ion conductor, and a main component of the surface layer is a proton conductor.
請求項7に記載の燃料電池用燃料極の製造方法において、
上記混合物は、さらに、酸素イオン導電体から構成される粉末を含むことを特徴とする燃料電池用燃料極の製造方法。
In the manufacturing method of the fuel electrode for fuel cells according to claim 7,
The said mixture contains the powder comprised from an oxygen ion conductor further, The manufacturing method of the fuel electrode for fuel cells characterized by the above-mentioned.
請求項7または8に記載の燃料電池用燃料極の製造方法において、
上記構造体から構成される粉末は、
コア部の原料となる酸素イオン導電体から構成される粉末の粒子表面に、熱処理によって上記酸素イオン導電体と反応してプロトン導電体を生成可能な反応原料を付着させる付着工程と、
上記反応原料を付着させた酸素イオン導電体から構成される粉末を熱処理する熱処理工程とを経ることにより準備されることを特徴とする燃料電池用燃料極の製造方法。
In the manufacturing method of the fuel electrode for fuel cells according to claim 7 or 8,
The powder composed of the above structure is
An attachment step of attaching a reaction raw material capable of generating a proton conductor by reacting with the oxygen ion conductor by heat treatment on the particle surface of the powder composed of the oxygen ion conductor as a raw material of the core part;
A method for producing a fuel electrode for a fuel cell, comprising: a heat treatment step of heat treating a powder composed of an oxygen ion conductor to which the reaction raw material is adhered.
請求項9に記載の燃料電池用燃料極の製造方法において、
上記焼成工程における焼成温度は、上記熱処理工程における熱処理温度以下であることを特徴とする燃料電池用燃料極の製造方法。
In the manufacturing method of the fuel electrode for fuel cells according to claim 9,
A method for producing a fuel electrode for a fuel cell, wherein a firing temperature in the firing step is equal to or lower than a heat treatment temperature in the heat treatment step.
請求項7〜10のいずれか1項に記載の燃料電池用燃料極の製造方法において、
上記コア部の主成分である酸素イオン導電体は、安定化ジルコニアおよびセリア系固溶体から選択される1種または2種以上であり、
上記表層の主成分であるプロトン導電体は、プロトン導電性を示すペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする燃料電池用燃料極の製造方法。
In the manufacturing method of the fuel electrode for fuel cells of any one of Claims 7-10,
The oxygen ion conductor as the main component of the core part is one or more selected from stabilized zirconia and ceria-based solid solution,
The method for producing a fuel electrode for a fuel cell, wherein the proton conductor as a main component of the surface layer is a perovskite oxide exhibiting proton conductivity.
コア部と該コア部の外周を覆う表層とを備え、かつ上記コア部の主成分が酸素イオン導電体であり、上記表層の主成分がプロトン導電体である構造体から構成されることを特徴とする粉末。   A core part and a surface layer covering the outer periphery of the core part, wherein the main part of the core part is an oxygen ion conductor, and the main part of the surface layer is a proton conductor. And powder.
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