JP2014082194A - 固体酸化物形燃料電池セル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多孔質支持体の表面に、内側電極、固体電解質、及び外側電極が順次積層されてなる固体酸化物形燃料電池セルであって、前記多孔質支持体は、フォルステライトを含んでなり、前記多孔質支持体のMg/Si比が、モル比で、1.90以上2.2以下であって、かつ、Cu−Kα線を用いた粉末X線回折パターンにおいて回折角2θ=26.5°〜27.0°に現れる最大ピーク高さAと、36.5°〜37.0°に現れる最大ピーク高さBとの比A/Bが0.0%以上9.0%以下である固体酸化物形燃料電池セル。
【選択図】図1
Description
また、前記固体電解質は、好ましくは一般式La1-aSraGa1-b-cMgbCocO3(但し、0.05≦a≦0.3、0<b<0.3、0≦c≦0.15)で表される。これにより、低温で高い発電性能を得ることができる。低温で運転できるので、支持体の安定性がより一層高くなる。
本発明の燃料電池セルにおいて、多孔質支持体は、Mg元素及びSi元素が、それぞれMgO及びSiO2換算で、合計で90質量%、好ましくは95質量%、より好ましくは98質量%以上含んでなることが好ましい。本発明の燃料電池セルにおいて、多孔質支持体は、X線回折により得られるフォルステライト結晶の第一回折線(すなわち、強度の最も大きい回折線)のピーク強度を100としたときに、それ以外の結晶成分の第一回折線のピーク強度の総和が5以下であることが、より好ましい。
燃料極としては、NiO/ジルコニウム含有酸化物、NiO/セリウム含有酸化物などが挙げられる。ここで、NiO/ジルコニウム含有酸化物とは、NiOとジルコニウム含有酸化物とが、所定の比率で均一に混合されたものを意味する。また、NiO/セリウム含有酸化物とは、NiOとセリウム含有酸化物とが、所定の比率で均一に混合されたものを意味する。NiO/ジルコニウム含有酸化物のジルコニウム含有酸化物としては、例えばCaO、Y2O3、Sc2O3のうちの1種以上をドープしたジルコニウム含有酸化物などが挙げられる。NiO/セリウム含有酸化物のセリウム含有酸化物としては、一般式Ce1-yLnyO2(但し、LnはLa、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Yのいずれか1種又は2種以上の組み合わせであり、0.05≦y≦0.50)などが挙げられる。なお、NiOは燃料雰囲気下で還元されてNiとなるため、前記混合物はそれぞれNi/ジルコニウム含有酸化物又はNi/セリウム含有酸化物となる。燃料極は、単層であっても、又は複層であっても良い。内側電極が複層の燃料極である場合の例としては、例えば支持体側にNi/YSZ(イットリア安定化ジルコニア)を用い、電解質側にNi/GDC(Gd2O3−CeO2)(=燃料極触媒層)を用いる。
フォルステライトを含有する原料粉体に、溶媒(水、アルコールなど)を添加して坏土を作製する。このとき、任意成分として、分散剤、バインダー、消泡剤、造孔剤等を添加してもよい。作製した坏土を成形し、乾燥し、次いで仮焼(800℃以上1100℃未満)して多孔質支持体を得る。坏土の成形には、シート成形法、プレス成形法、押出成形法などが用いられるが、内部にガス流路が形成される多孔質支持体の場合は、押出成形法が好ましい。複層の多孔質支持体を成形する場合は、複層を一体的に押出成形する「多層押出成形」の他、上層をコーティングや印刷により成形する方法を用いることもできる。コーティングは、原料スラリーをコーティングするスラリーコート法、テープキャスティング法、ドクターブレード法、転写法などが挙げられる。印刷は、スクリーン印刷法やインクジェット法などが挙げられる。
(多孔質支持体用坏土Aの作製)
Mg/Si比がモル比で1.98であり、かつ、後述する方法により求めたピーク比A/Bが0.0であるフォルステライト粉末(0.02質量%のCaOを含む)を平均粒子径が0.7μmとなるよう調節した。該粉末100重量部を溶媒(水)20重量部、バインダー(メチルセルロース系水溶性高分子)8重量部、及び造孔剤(平均粒子径5μmのアクリル系樹脂粒子)15重量部を高速ミキサーで混合後、混練器(ニーダー)で混練し、真空土練装置で脱気し、押し出し成形用の坏土を調製した。ここで、平均粒子径はJIS R 1629にて測定し、50%径にて示した値である(以下同様)。
NiO粉末と10YSZ(10mol%Y2O3−90mol%ZrO2)粉末とを重量比65:35で湿式混合し乾燥粉末を得た。平均粒子径は0.7μmとなるよう調節した。該粉末40重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ノニオン性界面活性剤)1重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。なお、「10mol%Y2O3−90mol%ZrO2」は、Y原子およびZr原子の総量に対する、Y原子の濃度が10mol%、Zr原子の濃度が90mol%であることを意味する。
NiOとGDC10(10mol%Gd2O3−90mol%CeO2)の混合物を共沈法で作製後、熱処理を行い燃料極触媒層粉末を得た。NiOとGDC10の混合比は重量比で50/50とした。平均粒子径は0.5μmとなるよう調節した。該粉末20重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ノニオン性界面活性剤)1重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。なお、「10mol%Gd2O3−90mol%CeO2」は、Gd原子およびCe原子の総量に対する、Gd原子の濃度が10mol%、Ce原子の濃度が90mol%であることを意味する。
反応抑制層の材料として、前記したセリウム系複合酸化物(LDC40。すなわち、40mol%のLa2O3−60mol%のCeO2)の粉末10重量部を用いた。焼結助剤としてGa2O3粉末を0.04重量部混合し、さらに溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ノニオン性界面活性剤)1重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。なお、「40mol%のLa2O3−60mol%のCeO2」は、La原子およびCe原子の総量に対する、La原子の濃度が40mol%、Ce原子の濃度が60mol%であることを意味する。
固体電解質層の材料として、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3の組成のLSGM粉末を用いた。LSGM粉末40重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ノニオン性界面活性剤)1重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。
空気極の材料として、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3の組成の粉末を用いた。該粉末40重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ノニオン性界面活性剤)1重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。
上記のようにして得られた坏土並びに各スラリーを用いて、以下の方法で固体酸化物形燃料電池セルを作製した。
前記多孔質支持体用坏土を押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。室温で乾燥した後、1050℃で2時間熱処理して多孔質支持体を作製した。この多孔質支持体上に、スラリーコート法により燃料極層、燃料極触媒層、反応抑制層、固体電解質層の順番で成形した。これら積層成形体を1300℃で2時間共焼成した。次に、空気極の面積が17.3cm2になるようにセルへマスキングをし、固体電解質層の表面に空気極層を成形し、1100℃で2時間焼成した。なお、多孔質支持体は、共焼成後の寸法で、外径10mm、肉厚1mmとした。作製した固体酸化物形燃料電池セルは、燃料極層の厚さが100μmであり、燃料極触媒層の厚さが10μmであり、反応抑制層の厚みが10μmであり、固体電解質層の厚みが30μmであり、空気極の厚みが20μmであった。なお、多孔質支持体の外径は成膜していない個所をマイクロメータで測定した。膜厚はシステムの発電試験後にセルを切断して、断面をSEMで30〜2000倍の任意の倍率にて観察し、膜厚の最大値と最小値を足して2で割ったものである。切断箇所は空気極の成膜してある部分の中央部とした。
装置 :パナリティカル社製「機種名:X’Pert PRO」X線回折装置
検出器 :検出素子が100 チャンネルある半導体アレイ検出器
X線出力:(Cu封入管)管電圧40kV−管電流40mA
特性X線:Cu−Kα線
フィルタ:Ni
走査方法:ステップ・スキャンニング法(Scanning Step Size:0.05°)
試料処理:粉末プレス法
以上の装置および条件で、2θ=10°〜90°における検出強度を測定した。2θ=26.5°から27.0°の間に現れる最大ピーク高さA(これは不純物由来のピークと考えられる)と、2θ=36.5°から37.0°の間に現れる最大ピーク高さB(これは主成分由来のピークと考えられる)との比、すなわちA/Bをピーク比とし、百分率で表示した。なお、各ピーク高さは、ピーク強度からバックグラウンドの強度を差し引いた値である。
得られた固体酸化物形燃料電池セルを用いて、発電試験を行った。燃料極側の集電は、燃料極の露出部に集電金属を銀ペーストで張り合わせて焼き付けた。空気極側の集電は、空気極表面に銀ペーストを塗布した後、空気極の端部に集電金属を銀ペーストで張り合わせて焼き付けた。
発電条件は以下である。
燃料ガス :(H2+3%H2O)とN2の混合ガス(混合比はH2:N2=7:4(vol:vol))
燃料利用率:75%
酸化ガス :空気
運転温度 :700℃
電流密度 :0.2A/cm2
この条件で発電試験を行い、運転0時間後の起電力;OCV(V)と初期電位(V0)と連続運転5000時間後の電位(V5000)とを測定した。耐久性能は、5000時間連続運転後の電位を初期電位で割り100を乗じた値(V5000*100/V0)とした。結果を表1に示す。
Mg/Si比およびピーク比A/Bを表1に示す値となるように調製したフォルステライト粉末(0.02質量%のCaOを含む)を使用した以外は実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池セルを作製し、発電試験を行った。結果を表1に示す。
※2:発電開始直後から性能が急激に低下し、200hで電位が発生しなくなり試験を中止した。電解質の緻密性が著しく悪いためにガスリークを生じ、開始直後から燃料利用率が非常に高かった。そして運転耐久中に電解質の亀裂が増加してガスリークが顕著になり、その結果、燃料利用率が上昇したため、急激に電位が低下したと推測している。
※3:4000h経過後、急激に性能が低下したため試験を中止した。電解質の緻密性が悪く、若干のガスリークを生じ、設定より高い燃料利用率で耐久運転したことになり、その結果、燃料極の触媒活性が低下し、発電電位が低下したと推定している。
※4:発電直後から性能が急激に低下し、耐久試験ができなかった。電解質の緻密性が著しく悪いためにガスリークを生じ、さらには電流が漏れて、セル内で電気回路が形成し、その結果、発電開始前から燃料消費し、電解質の亀裂が増加して、ガスリークならびに電流の漏れが顕著になり、セルが崩壊したと推測している。
(多孔質支持体用坏土Bの作製)
Mg/Si比がモル比で1.98であり、ピーク比A/Bが2.6であり、CaをCaO換算濃度で0.5質量%となるように調製したフォルステライト粉末を、平均粒子径が0.7μmとなるよう調節した。該粉末100重量部を溶媒(水)20重量部、バインダー(メチルセルロース)8重量部、潤滑剤(脂肪酸エステル)0.5重量部、及び造孔剤(平均粒子径5μmのアクリル系樹脂粒子)15重量部を高速ミキサーで混合した後、混練器(ニーダー)で混練し、真空土練装置で脱気して、押し出し成形用の坏土を調製した。
Mg/Si比がモル比で1.98であり、ピーク比A/Bが0.0であり、CaをCaO換算濃度で0.02質量%となるように調製したフォルステライト粉末を、平均粒子径が0.7μmとなるよう調節した。該粉末20重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、及び分散剤(ノニオン性界面活性剤)1重量部をボールミルで十分に攪拌してスラリーを調製した。
固体電解質層の材料として、10YSZ(10mol%Y2O3−90mol%ZrO2)粉末を用いた。10YSZ粉末40重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ノニオン性界面活性剤)1重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。なお、「10mol%Y2O3−90mol%ZrO2」は、Y原子およびZr原子の総量に対する、Y原子の濃度が10mol%、Zr原子の濃度が90mol%であることを意味する。
第2固体電解質層の材料として、前記したGDC10(10mol%Gd2O3−90mol%CeO2)粉末を用いた。GDC10粉末10重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ノニオン性界面活性剤)1重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。なお、「10mol%Gd2O3−90mol%CeO2」は、Gd原子およびCe原子の総量に対する、Gd原子の濃度が10mol%、Ce原子の濃度が90mol%であることを意味する。
前記多孔質支持体用坏土B、前記多孔質支持体用スラリー、前記燃料極層用スラリー、前記燃料極触媒層用スラリー、前記固体電解質層用スラリーB、前記第2固体電解質層用スラリー、及び、前記空気極用スラリーを用いて、以下の方法で固体酸化物形燃料電池セルを作製した。
前記多孔質支持体用坏土Bから押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。室温で乾燥した後、1050℃で2時間熱処理した。次に、前記多孔質支持体用スラリーを用いてスラリーコート法により高純度フォルステライト層を形成し、1050℃で2時間熱処理して多孔質支持体を作製した。さらに、スラリーコート法により燃料極層、燃料極触媒層、固体電解質層、第2固体電解質層の順番で成形した。これら積層成形体を1300℃で2時間共焼成した。次に、空気極の面積が17.3cm2になるようにセルへマスキングをし、第2固体電解質層の表面に空気極層を成形し、1100℃で2時間焼成した。なお、多孔質支持体は、共焼成後の寸法で、外径10mm、肉厚1mmとし、高純度フォルステライト層の厚さが50μmであった。作製した固体酸化物形燃料電池セルは、燃料極層の厚さが100μmであり、燃料極触媒層の厚さが10μmであり、固体電解質層の厚みが30μmであり、第2固体電解質層の厚みが5μmであり、空気極の厚みが20μmであった。なお、多孔質支持体の外径は成膜していない個所をマイクロメータで測定した。膜厚はシステムの発電試験後にセルを切断して、断面をSEMで30〜2000倍の任意の倍率にて観察し、膜厚の最大値と最小値を足して2で割ったものである。切断箇所は空気極の成膜してある部分の中央部とした。得られた固体酸化物形燃料電池セルについて、実施例1と同様にして発電試験を行った。結果を表2に示す。
(多孔質支持体用坏土Cの作製)
Mg/Si比がモル比で1.87であり、ピーク比A/Bが0.1であり、CaをCaO換算濃度で2.6質量%となるように調製したフォルステライト粉末を、平均粒子径が1.3μmとなるよう調節した。該粉末100重量部を溶媒(水)20重量部、バインダー(メチルセルロース)7重量部、潤滑剤(脂肪酸エステル)0.4重量部、及び造孔剤(平均粒子径5μmのアクリル系樹脂粒子)10重量部を高速ミキサーで混合後、混練器(ニーダー)で混練し、真空土練装置で脱気し、押し出し成形用の坏土を調製した。
2.6質量%のCaOを含むフォルステライト粉末を使用して調製した多孔質支持体用坏土C、前記燃料極層用スラリー、前記燃料極触媒層用スラリー、前記固体電解質層用スラリーB、前記第2固体電解質層用スラリー、及び前記空気極用スラリーを用いて、以下の方法で固体酸化物形燃料電池セルを作製した。
前記多孔質支持体用坏土Cから押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。室温で乾燥した後、1100℃で2時間熱処理して多孔質支持体を作製した。この多孔質支持体上に、スラリーコート法により燃料極層、燃料極触媒層、固体電解質層、第2固体電解質層の順番で成形した。これら積層成形体を1300℃で2時間共焼成した。次に、空気極の面積が17.3cm2になるようにセルへマスキングをし、第2固体電解質層の表面に空気極層を成形し、1100℃で2時間焼成した。なお、多孔質支持体は、共焼成後の寸法で、外径10mm、肉厚1mmとした。作製した固体酸化物形燃料電池セルは、燃料極層の厚さが100μmであり、燃料極触媒層の厚さが10μmであり、固体電解質層の厚みが30μmであり、第2固体電解質層の厚みが5μmであり、空気極の厚みが20μmであった。なお、多孔質支持体の外径は成膜していない個所をマイクロメータで測定した。膜厚はシステムの発電試験後にセルを切断して、断面をSEMで30〜2000倍の任意の倍率にて観察し、膜厚の最大値と最小値を足して2で割ったものである。切断箇所は空気極の成膜してある部分の中央部とした。得られた固体酸化物形燃料電池セルについて、実施例1と同様にして発電試験を行った。結果を表2に示す。
固体酸化物形燃料電池セルの破断面を走査型電子顕微鏡(日立製作所製S−4100)により、加速電圧15kV、2次電子画像、倍率100〜10000倍で観察し、固体電解質層の組織の形状を評価した。
また、固体酸化物形燃料電池セルの切断面を研磨した面をEPMA(島津製作所製島津電子線マイクロアナライザーEPMA−8705)にて元素分析し、固体電解質層の構成元素が均等に分布しているかどうかを観察した。
「◎」は、固体電解質が10YSZ結晶からなる緻密体で、支持体と燃料極の間に瞭な中間層の形成が見つからない場合、
「○」は、固体電解質が10YSZM結晶からなるが、中間層が観察される場合、
「×」は、Caが拡散してしまい、10YSZ結晶相が緻密にならない場合、
を、それぞれ示す。
Claims (4)
- 多孔質支持体の表面に、内側電極、固体電解質、及び外側電極が順次積層されてなる固体酸化物形燃料電池セルであって、
前記多孔質支持体は、フォルステライトを含んでなり、前記多孔質支持体のMg/Si比が、モル比で、1.90以上2.2以下であって、かつ、Cu−Kα線を用いた粉末X線回折パターンにおいて回折角2θ=26.5°〜27.0°に現れる最大ピーク高さAと、36.5°〜37.0°に現れる最大ピーク高さBとの比A/Bが0.0%以上9.0%以下である、
固体酸化物形燃料電池セル。 - 前記固体電解質は、Sr及びMgがドープされたランタンガレート系酸化物を含んでなる、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池セル。
- 前記固体電解質は、一般式La1-aSraGa1-b-cMgbCocO3(但し、0.05≦a≦0.3、0<b<0.3、0≦c≦0.15)で表される、請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池セル。
- 前記多孔質支持体は、少なくとも2つの層からなる積層体である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池セル。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016066568A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-04-28 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セル及びその製造方法 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US20180261855A1 (en) * | 2015-09-15 | 2018-09-13 | Lg Chem, Ltd. | Composition for solid oxide fuel cell sealant, sealant using same and method for preparing same |
CN107268073A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-10-20 | 合肥科晶材料技术有限公司 | 一种提拉生长制备lsgm快离子导体单晶的方法 |
CN109921050B (zh) * | 2019-03-27 | 2023-10-13 | 苏州纳格光电科技有限公司 | 支撑型微管式固体氧化物燃料电池及其制备方法 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5587251A (en) * | 1992-12-17 | 1996-12-24 | Dornier Gmbh | Ceramic gas supply components for fuel cells comprising zirconium oxide solid electrolyte |
JP2000044340A (ja) * | 1998-07-24 | 2000-02-15 | Tokyo Gas Co Ltd | ランタンガレート系焼結体およびその製造方法、ならびにそれを固体電解質として用いた燃料電池 |
US20040202924A1 (en) * | 2001-06-25 | 2004-10-14 | Cell Tech Power, Inc. | Electrode layer arrangements in an electrochemical device |
JP2005019306A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Mitsubishi Materials Corp | 固体電解質型燃料電池に使用するための固体電解質 |
JP2005071948A (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-17 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 混成型多孔質管体およびその製造方法 |
JP2005093241A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Kyocera Corp | 固体電解質形燃料電池 |
JP2005100901A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-14 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及び燃料電池 |
JP2007115621A (ja) * | 2005-10-24 | 2007-05-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池用基体管、燃料電池セル及び燃料電池セルの製造方法 |
JP2012508320A (ja) * | 2008-11-12 | 2012-04-05 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 多孔質金属または金属合金から作成された基材、その調製方法、およびこの基材を含む金属支持体を用いたhteまたはsofcセル |
JP2012138338A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-07-19 | Ngk Insulators Ltd | 燃料電池セル |
JP2012520553A (ja) * | 2009-03-16 | 2012-09-06 | コリア・インスティテュート・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー | 気孔傾斜構造のナノ気孔性層を含む燃料極支持型固体酸化物燃料電池及びその製造方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6844098B1 (en) | 1997-08-29 | 2005-01-18 | Mitsubishi Materials Corporation | Oxide-ion conductor and use thereof |
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JP4517466B2 (ja) | 2000-06-28 | 2010-08-04 | 三菱マテリアル株式会社 | 固体酸化物型燃料電池 |
JP4393027B2 (ja) * | 2001-11-15 | 2010-01-06 | 日産自動車株式会社 | 固体酸化物燃料電池用複合酸化物およびその製造方法 |
US6893769B2 (en) * | 2002-12-18 | 2005-05-17 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell assemblies and methods of making the same |
CN1747212A (zh) * | 2005-10-11 | 2006-03-15 | 厦门大学 | 一种固体氧化物燃料电池电极/夹层/电解质结构 |
DE112006004086T5 (de) * | 2006-10-26 | 2009-09-10 | Toto Ltd., Kita-Kyushu | Festoxid-Brennstoffzelle |
JP5444022B2 (ja) * | 2010-01-28 | 2014-03-19 | 京セラ株式会社 | 横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックおよび燃料電池 |
DE102011081553A1 (de) | 2011-08-25 | 2013-02-28 | Robert Bosch Gmbh | Inert geträgerte tubulare Brennstoffzelle |
-
2013
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- 2013-09-16 EP EP13184600.8A patent/EP2713429B1/en not_active Not-in-force
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5587251A (en) * | 1992-12-17 | 1996-12-24 | Dornier Gmbh | Ceramic gas supply components for fuel cells comprising zirconium oxide solid electrolyte |
JP2000044340A (ja) * | 1998-07-24 | 2000-02-15 | Tokyo Gas Co Ltd | ランタンガレート系焼結体およびその製造方法、ならびにそれを固体電解質として用いた燃料電池 |
US20040202924A1 (en) * | 2001-06-25 | 2004-10-14 | Cell Tech Power, Inc. | Electrode layer arrangements in an electrochemical device |
JP2005019306A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Mitsubishi Materials Corp | 固体電解質型燃料電池に使用するための固体電解質 |
JP2005071948A (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-17 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 混成型多孔質管体およびその製造方法 |
JP2005093241A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Kyocera Corp | 固体電解質形燃料電池 |
JP2005100901A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-14 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及び燃料電池 |
JP2007115621A (ja) * | 2005-10-24 | 2007-05-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池用基体管、燃料電池セル及び燃料電池セルの製造方法 |
JP2012508320A (ja) * | 2008-11-12 | 2012-04-05 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 多孔質金属または金属合金から作成された基材、その調製方法、およびこの基材を含む金属支持体を用いたhteまたはsofcセル |
JP2012520553A (ja) * | 2009-03-16 | 2012-09-06 | コリア・インスティテュート・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー | 気孔傾斜構造のナノ気孔性層を含む燃料極支持型固体酸化物燃料電池及びその製造方法 |
JP2012138338A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-07-19 | Ngk Insulators Ltd | 燃料電池セル |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016066568A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-04-28 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セル及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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