JP2016139523A - 固体酸化物形燃料電池の製造方法及び固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Abstract
Description
(La1−x−ySrxCay)zMnO3 ・・・式(1)
(上記式(1)中、x、y及びzは、0<x<0.5、0<y<0.5、0.1≦x+y≦0.5及び0.92≦z<1を満たす。)
(La1−x−ySrxCay)zMnO3 ・・・式(1)
(上記式(1)中、x、y及びzは、0<x<0.5、0<y<0.5、0.1≦x+y≦0.5及び0.92≦z<1を満たす。)
(La1−x−ySrxCay)zMnO3 ・・・式(1)
(上記式(1)中、x、y及びzは、0<x<0.5、0<y<0.5、0.1≦x+y≦0.5及び0.92≦z<1を満たす。A/B比は、0.92以上1.00以下である。)
主原料であるカルシウム安定化ジルコニア(CSZ)に、分散材としてのメチルセルロース、とバインダとしてのポリエチレンオキサイドと、消泡剤としてのグリセリンと、を添加して水を加えながら加圧ニーダで坏土状になるまで混練した。この混練物をオーガー式押出機で円筒状に成形して基体管を作製した。
空気極導電層の形成に(La0.5Sr0.25Ca0.25)0.99MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を30.1μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.9μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.77Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.5Sr0.25Ca0.25)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を28.5μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.7μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.78Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.7Sr0.15Ca0.15)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を29.4μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.9μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.77Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.9Sr0.05Ca0.05)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を29.6μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.8μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.78Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.7Sr0.2Ca0.1)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を29.9μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.8μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.76Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.6Sr0.1Ca0.3)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を30.1μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.6μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.78Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.5Sr0.4Ca0.1)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を27.9μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.8μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.78Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.5Sr0.1Ca0.4)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を29.2μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.9μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.75Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.5Sr0.25Ca0.25)0.95MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を17μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.7μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。空気極導電層の充填率は、空気極導電層全体の平均で61.5%であった。空気極中間層/空気極導電層/気相の3相界面は、82個/100μmであった。発電性能は、450mA/cm2−0.74Vであり、耐熱サイクル性能は15回であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極の断面写真を図6及び図7に示す。図6及び図7から分かるように、比較例1の固体酸化物形燃料電池は、空気極中間層と空気極導電層との界面において空気極導電層を構成する微粒子が実施例1に対して十分に充填されず、空気極導電層の充填率が低かった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.5Sr0.25Ca0.25)0.91MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を26.4μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.6μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.71Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.5Sr0.25Ca0.25)1.01MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を28.8μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.7μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.73Vであり、耐熱サイクル性能は10回であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.4Sr0.3Ca0.3)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を27.8μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.8μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.76Vであり、耐熱サイクル性能は12回であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を28.2μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.7μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.55Vであり、耐熱サイクル性能は8回であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.4Sr0.4Ca0.2)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を27.7μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.7μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.77Vであり、耐熱サイクル性能は10回であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.95Sr0.02Ca0.03)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を28.9μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.6μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.73Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.5Sr0.5)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を28.1μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.7μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.72Vであり、耐熱サイクル性能は12回であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
空気極導電層の形成に(La0.5Ca0.5)0.97MnO3を用いて粗粒子の平均粒径を27.8μmとすると共に、微粒子の平均粒径を2.7μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体酸化物形燃料電池を作製して発電試験を実施した。発電性能は、450mA/cm2−0.73Vであり、耐熱サイクル性能は20回以上であった。得られた固体酸化物形燃料電池の空気極導電層の組成及び発電試験の結果を下記表1に示す。
11 基体管
12 単素子
13 燃料極
14 固体電解質層
151 空気極中間層
152 空気極導電層
152a 粗粒子
152b 微粒子
16 インターコネクタ
17 燃料
18 空気
Claims (5)
- 基体管上に、燃料極と固体電解質層とを順次形成する第1工程と、
前記固体電解質層上に、空気極中間層を形成する第2工程と、
前記空気極中間層上に、平均粒径(d50)が25.0μm以上35.0μm以下の第1平均粒径範囲内の第1粒子と平均粒径(d50)が前記第1平均粒径範囲より小さい第2平均粒径範囲内の第2粒子とを混合した混合物を用いて下記一般式(1)を満たす組成の空気極導電層を形成する第3工程と、を含むことを特徴とする、固体酸化物形燃料電池の製造方法。
(La1−x−ySrxCay)zMnO3 ・・・式(1)
(上記式(1)中、x、y及びzは、0<x<0.5、0<y<0.5、0.1≦x+y≦0.5及び0.92≦z<1を満たす。) - 前記第2粒子の前記第2平均粒径範囲が、2.5μm以上3.0μm以下である、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
- 前記第1粒子が、スプレードライ法によって得られたものである、請求項1又は請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
- 前記第1粒子と前記第2粒子との混合比が、40:60〜60:40である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法で製造されたことを特徴とする、固体酸化物形燃料電池。
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