JP2017188440A - 膜電極接合体および固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ランタンストロンチウムコバルト複合酸化物、ランタンストロンチウムコバルト鉄複合酸化物、ランタンストロンチウム鉄複合酸化物、ランタンニッケル鉄複合酸化物から選ばれる1種類以上の化合物、又は前記化合物及び電解質材料の複合体からなる電極11と、組成式がBaZr1−xInxO3−δ(0<x<1)で表される第1の固体電解質膜12と、を備え、電極と第1の固体電解質膜とが接している膜電極接合体10。
【選択図】図1
Description
本発明者らは、特許文献1に開示された従来の固体電解質層積層体(膜電極接合体)に関して鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。すなわち、本発明者らは、膜電極接合体を電気化学デバイスに用いるに際して、特許文献1に開示された膜電極接合体よりも、高い発電効率を得ることができる膜電極接合体を見出した。
本開示の実施の形態1に係る膜電極接合体10について、図1を参照して説明する。図1は、本開示の実施の形態1に係る膜電極接合体10の構成を模式的に示す図である。膜電極接合体10は、電気化学デバイスを構成するために用いられる部材であり、図1に示すように、電極11と、第1の固体電解質膜12とを備え、電極11と第1の固体電解質膜12とが接した構造となっている。換言すると、膜電極接合体10は、第1の固体電解質膜12の一方の側面側で電極11と接しており、両者を積層させた構造となっている。
本開示の実施の形態2に係る膜電極接合体20について、図2を参照して説明する。図2は、本開示の実施の形態2に係る膜電極接合体20の構成を模式的に示す図である。膜電極接合体20は、電極11と、第1の固体電解質膜12と、第2の固体電解質膜13とを備え、電極11、第1の固体電解質膜12、第2の固体電解質膜13の順に積層された構造となっている。換言すると、第1の固体電解質膜12は、その一方側の面で電極11と接し、該一方側の面とは反対側となる他方側の面において第2の固体電解質膜13と接する構成となっている。つまり、実施の形態2に係る膜電極接合体20は、実施の形態1に係る膜電極接合体10の構成と比較して、さらに第2の固体電解質膜13を備えた構成である。
本開示の実施の形態3に係る膜電極接合体30について、図3および図4を用いて説明する。図3は、本開示の実施の形態3に係る膜電極接合体30の構成の一例を模式的に示す図である。図4は、本開示の実施の形態3に係る膜電極接合体40の構成の他例を模式的に示す図である。
次に、実施の形態1、2、3に係る膜電極接合体10、20、30、40の構成において示すように、LSC、LSCF、LSF、LNFから選ばれる1種類以上の化合物(酸化物イオン・電子混合伝導体材料)を用いて構成された電極と、組成式がBaZr1−xInxO3−δ(0<x<1)で表される第1の固体電解質膜12とを組合せた構成を有することで、発電効率が高くなるという知見に至った評価方法について、以下に実施例として説明する。なお、本開示は以下の実施例により制限されるものではない。
[実施例1]電極11がLa0.6Sr0.4CoO3−δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8In0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
[実施例2]電極11がLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8In0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
[実施例3]電極11がLa0.6Sr0.4FeO3−δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8In0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
[実施例4]電極11がLaNi0.6Fe0.4O3−δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8In0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
また、実施例1〜4との比較対象として比較例1〜6を準備し、検討を行なった。
[比較例1]電極11がLa2NiO4+δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8In0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
[比較例2]電極11がLa0.6Sr0.4CoO3−δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8Y0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
[比較例3]電極11がLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8Y0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
[比較例4]電極11がLa0.6Sr0.4FeO3−δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8Y0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
[比較例5]電極11がLaNi0.6Fe0.4O3−δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8Y0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
[比較例6]電極11がLa2NiO4+δ、第1の固体電解質膜12がBaZr0.8Y0.2O2.90である評価用膜電極接合体100
以下、実施例1〜4および比較例1〜6における評価用膜電極接合体100の製造方法について説明する。
続いて、上記した製造方法により製造した評価用膜電極接合体100において電極11と第1の固体電解質膜12との間に生じる接触抵抗の測定方法について説明する。
また、上記した評価用膜電極接合体100の作成方法を用いて、実施の形態2に係る膜電極接合体20および実施の形態4に係る膜電極接合体40を作製することができる。具体的には、第1の固体電解質膜12と第2の固体電解質膜13は上述したように、粉体あるいはスラリーとして積層したのちに共焼結するなどの方法で作製してもよい。また、第2の固体電解質膜13を得た後に第1の固体電解質膜12を電極11と同様にスクリーン印刷、テープキャスト法、ディップコート法、スピンコート法等によって塗布し、焼き付けてもよい。
11 電極
12 第1の固体電解質膜
13 第2の固体電解質膜
14 アノード電極
20 膜電極接合体
30 膜電極接合体
40 膜電極接合体
100 評価用膜電極接合体
Claims (6)
- ランタンストロンチウムコバルト複合酸化物、ランタンストロンチウムコバルト鉄複合酸化物、ランタンストロンチウム鉄複合酸化物、ランタンニッケル鉄複合酸化物から選ばれる1種類以上の化合物、または該化合物および電解質材料の複合体からなる電極と、
組成式がBaZr1−xInxO3−δ(0<x<1)で表される第1の固体電解質膜と、
前記第1の固体電解質膜と異なる組成を有する第2の固体電解質膜と、を備え、
前記第1の固体電解質膜は、一方側の面で前記電極と接し、該一方側の面とは反対側となる他方側の面において、前記第2の固体電解質膜と接しており、
前記電極、前記第1の固体電解質膜、前記第2の固体電解質膜の順に積層されている、膜電極接合体。 - 前記第2の固体電解質膜は、組成式がBaZr1−x1M1 x1O3−δ(M1はLa、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y、Sc、Mn、Fe、Co、Ni、Al、Ga、In、Luから選ばれる1種類以上の元素、0<x1<1)で表される、請求項1に記載の膜電極接合体。
- 前記電極はカソード電極であり、
BaZr1−x2M2 x2O3−δ、BaCe1−x3M3 x3O3−δ、およびBaZr1−x4−y4Cex4M4 y4O3−δ(M2、M3、M4はLa、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y、Sc、Mn、Fe、Co、Ni、Al、Ga、In、Luから選ばれる1種類以上の元素、0<x2<1、0<x3<1、0<x4<1、0<y4<1)のうちのいずれか1つの組成式で表される化合物と、Niとを含むアノード電極をさらに備え、
前記第2の固体電解質膜は、一方側の面で前記第1の固体電解質膜と接し、該一方側の面とは反対側となる他方側の面において、前記アノード電極と接しており、
前記カソード電極、前記第1の固体電解質膜、前記第2の固体電解質膜、前記アノード電極の順に積層されている請求項1に記載の膜電極接合体。 - 前記第1の固体電解質膜の厚みは、前記第2の固体電解質膜の厚み以下である、請求項1に記載の膜電極接合体。
- 前記第2の固体電解質膜は緻密体である、請求項4に記載の膜電極接合体。
- ランタンストロンチウムコバルト複合酸化物、ランタンストロンチウムコバルト鉄複合酸化物、ランタンストロンチウム鉄複合酸化物、ランタンニッケル鉄複合酸化物から選ばれる1種類以上の化合物、または該化合物および電解質材料の複合体からなる電極と、組成式がBaZr1−xInxO3−δ(0<x<1)で表される第1の固体電解質膜と、前記第1の固体電解質膜と異なる組成を有する第2の固体電解質膜と、を備え、前記第1の固体電解質膜は、一方側の面で前記電極と接し、該一方側の面とは反対側となる他方側の面において、前記第2の固体電解質膜と接しており、前記電極、前記第1の固体電解質膜、前記第2の固体電解質膜の順に積層されている膜電極接合体を備える、固体酸化物形燃料電池。
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