JP2020124704A - 燃料改質触媒、燃料電池システム及び燃料電池セル構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
この水蒸気改質触媒組成物は、水蒸気改質触媒活性成分(代表的にはニッケル)にバナジウムを加えることにより、水蒸気改質触媒活性成分が本来有する触媒性能を低下させることなく、且つ、500℃以上の温度での還元処理または改質反応時のシンタリングを抑制して、触媒性能の劣化を抑制することができるとされている。水蒸気改質触媒活性成分をニッケルとする場合、組成物に占めるニッケルの割合は比較的高い。
燃料電池セルは、電解質層を挟んでアノード電極層とカソード電極層が少なくとも形成されて構成され、前記アノード電極層に燃料ガス(還元性ガス)を、前記カソード電極層に酸素を含有する酸化性ガスを、それぞれ供給される状態で、電池反応により両極間で発電する基本単位である。
燃料電池セル構造体は、上記の燃料電池セルを備えるとともに、前記燃料ガス(還元性ガス)の供給路と、酸化性ガスの供給路とを形成可能に構成されている構造体である。燃料電池セル自体或いは燃料電池セルを支持する支持体とを含む概念であり、後述する燃料電池セルユニットは、この燃料電池セル構造体の一例となる。
また、改質部は、燃料改質触媒を備え、例えば炭化水素燃料といった原燃料ガスが供給されて、触媒反応により、少なくとも水素を含有するガスである改質ガスを得る部位である。
特許文献 1
当該特許文献に記載の触媒は貴金属系触媒となっているため、非常に高活性ではあるが、貴金属を用いるためコストが高い。
当該特許文献に記載の水蒸気改質組成物は酸化ニッケルを基本材料とするため、ニッケルの使用量が大となる。さらに、ニッケルを含む粒子の表面に、(a):バナジウム酸化物もしくはバナジウム・ニッケル複合酸化物と、(b):ケイ素酸化物及びジルコニア酸化物の両方、とが存在する必要がある。結果、(a)と(b)の最低2度の含浸担持工程が必要となるため製造過程が複雑となりコスト上昇を招く。
当該特許文献には、燃料電池セル構造体内に改質部を設けることが提案されているが、このニッケルは鍍金とされているため、内部改質部は実質的にニッケル層であり、ニッケルを多量に必要とする。また、この層と燃料電池セル構造体を構成する他の部位(本発明で説明する支持体、燃料電池セル)とのなじみも問題となる。
触媒全体に対する担体の割合を少なくとも55重量%とすることにより、活性成分としてのニッケル及びバナジウムを高分散に担持できるようになり、高い燃料改質性能を得ながら、シンタリングなどの影響を抑制しつつ、その改質性能を長期にわたって維持可能となる。そして、それらの使用量を低減してコストを低減できる。一方、担体割合が高いことから、燃料電池セル構造体におけるその構造材(後述する、本願にいう支持体)さらにはその構造材上に設けられる燃料電池セルとのなじみが良く、燃料電池セルユニットに用いる場合、燃料電池システム内で使用する他の構成材料と熱膨張係数が近いため、燃料電池セル構造体の起動停止時の熱応力耐性などが向上し、信頼性・耐久性に優れた燃料改質触媒とすることができる。なお、前記担体の割合が60重量%以上であるとより好ましく、65重量%以上であると更に好ましい。このようにすると上述の効果が更に得やすくなるからである。
電解質層を挟んでアノード電極層とカソード電極層が少なくとも形成された燃料電池セルと、前記アノード電極層に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記カソード電極層に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給路とを備えて構成され、
これまで説明してきた燃料改質触媒を少なくとも有する改質部を内部改質部として備えて構成される点にある。
この構成を採用することにより、燃料電池セルと一体に内部改質部を備えることで、燃料電池セル構造体内で良好に燃料改質を行い、改質ガスを得て発電を実行できる。このため、コンパクトで高効率な燃料電池セル構造体とすることができる。
電解質層を挟んでアノード電極層とカソード電極層が少なくとも形成された燃料電池セルと、前記アノード電極層に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記カソード電極層に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給路とを備えて構成され、
前記燃料電池セルが支持体上に形成されるとともに、
これまで説明してきたいずれかの燃料改質触媒を少なくとも有する改質部を内部改質部として備える点にある。
本発明に係る燃料改質触媒は、含浸担持工程を実行するとともに、最終的には焼成等の加熱処理工程が必要となるが、この加熱処理工程を、燃料電池セル構造体に備えることとなる燃料電池セルの形成工程に重ねて、或いは、その前、後に行ってもよい。即ち、加熱処理工程に於ける温度、加熱時間等の条件が合致すれば、同じタイミングでの処理を行える。
構成
本発明に係る燃料改質触媒は、セリア系金属酸化物もしくはジルコニア系金属酸化物を主成分とする担体に少なくともニッケルとバナジウムを担持して構成される。
材料
担体をセリア系金属酸化物とする場合、担体の主成分(50重量%以上)を酸化セリウム(セリア)とし、ガドリニウム、サマリウム、イットリウムのうちの少なくともいずれか一つをドープしておいてもよい。
後述するGDC(ガドリニウムドープセリア)は、セリア系金属酸化物として、ガドリニウムがドープされた例である。
後述するYSZ(イットリア安定化ジルコニア)は、ジルコニア系金属酸化物として、ジルコニアにイットリアを固溶して蛍石型構造の結晶構造を安定化させた例である。
また、セリア系金属酸化物とジルコニア系金属酸化物との混合物としてもよい。
触媒全体に対する担体の割合は55重量%以上に調整すると好ましく、60重量%以上でるとより好ましく、65重量%以上であると更に好ましい。以下に紹介する実施例では、担体割合は概ね70重量%以上としている。従って、先に紹介した特許文献2に開示の触媒組成物に対する主成分(主にニッケル)の量は異なっている。
さらに、本発明においては、燃料改質触媒を構成する担体成分を問題とするが、この点に関しては、後に紹介するように、燃料電池用途に使用する場合に、燃料電池に用いる材料と大きく関係する。
触媒活性成分としては、ニッケル及びバナジウムを共に使用する。
ニッケルの担持量は、0.5重量%以上とすることができ、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上とする。一方、35重量%未満、好ましくは30重量%以下、より好ましくは25重量%以下となる。
バナジウムの担持量は、前記ニッケルの担持量と同等以下とすることが好ましい。
別途実施したX線回折測定結果により、触媒調製後(使用前還元処理を施さない状態)の本発明の燃料改質触媒には、ニッケル及びバナジウムが、主に、酸化ニッケルと、ニッケルとバナジウムの複合酸化物の状態で存在していると考えられるが、ニッケルとバナジウムの複合酸化物については、Ni2(V2O7)、Ni1.5(VO4)、Ni3V2O8、Ni3O8V2、(V1.8Ni0.2)O3、その他の内の、幾つかの複合酸化物が混在して存在しているものと考えられる。図7(a)〜10(a)、図7(b)〜10(b)に下記する実施例1〜4の触媒のXrd測定結果を示した。(a)は全走査領域の結果を、(b)は一部走査領域(2θが30〜50degreeの領域)の結果である。これらの図において、黒丸●がNiOの、上向き黒三角がCeO2のピークを示し、さらに下向き黒三角はニッケルとバナジウムの複合酸化物のピークと想定される。
燃料改質触媒の調製に際しては、目的とする触媒の組成に従って、水溶性のニッケル化合物(硝酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硫酸ニッケルアンモニウム、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル、シュウ酸ニッケル、クエン酸ニッケル等)及び水溶性のバナジウム化合物(オキシシュウ酸バナジウム、オキシ硫酸バナジウム、オキシ二塩化バナジウム、バナジン酸アンモニウム、バナジン酸ナトリウム、塩化バナジウム、ヨウ化バナジウム、臭化バナジウム等)を定量し、ニッケル化合物とバナジウム化合物の両者を溶かした水溶液を得る。当該水溶液に所定量の担体粉(セリア、ジルコニア、GDC、YSZ)を投入し、撹拌、含浸した後、蒸発乾固、乾燥、その後、粉砕、成形した後、空気中で焼成する。この含侵が本発明にいう「含浸担持工程」であり、その結果物が「含浸担持物」である。
なお、下記の実施例の触媒は、硝酸ニッケル六水和物とオキシシュウ酸バナジウムを用いて調製した。
表1、2に、検討対象とした実施例(1〜7)、参考例(1〜14)、比較例(1〜13)の組成を示した。
これらの表は、実施例、参考例及び比較例の組成及びその物性、さらにはメタンの水蒸気改質性能(メタン転換率)を示したものである。
活性触媒成分の記載は、第1金属(元素名)−第2金属(元素名)を原則としている。ただし、第1金属、第2金属に関して、それらなきものは記載していない。なお、第1金属、第2金属の担持量は、調製した各触媒をICP分析により得た金属元素量を記載している。
なお、CO吸着量については、触媒を350℃で水素雰囲気下1時間の還元前処理を施した後に、CO吸着量を測定した。
触媒活性試験は固定床流通式反応器を用いて行った。
試験条件は以下の通りである。
前処理;活性試験前に前処理として水素中600℃で還元前処理を行った。
改質活性試験
各サンプルを反応管に充填し、GHSV10000 H−1の条件で、原燃料ガスとしてのメタンと水蒸気を供給して、触媒層の出口温度が600℃〜800℃となるように反応管の温度を制御して、原燃料ガスの改質反応を行った。なお、反応管に導入するガスのS/C比〔水蒸気のモル数/原燃料ガス中のカーボンのモル数〕は2.5とした。
反応管出口ガスに対してガスクロマトグラフを用いて組成分析を行った。
同表において横軸は温度であり、600℃から800℃まで50℃毎に触媒層の出口温度を変更しながら触媒活性試験を行った結果を示した。
表2に各試験条件でのメタン転換率(%)を示した。
メタンの転換率の定義は、以下の通りである。
(入口メタン流量−出口メタン流量)/入口メタン流量×100
1.第1活性成分としてニッケルを第2活性成分としてバナジウムを担持する触媒において、担体として、セリア、GDC,ジルコニア、YSZを使用する触媒は、いずれも実用上良好な高い改質性能(ここではメタン転換率)を示す。
2.第1活性成分としてニッケルを第2活性成分としてバナジウムを担持した触媒は、ニッケルのみを担持した触媒に対して改質性能が高い。
3.第1活性成分としてニッケルを担持し、第2活性成分を担持する触媒において、バナジウムを担持する触媒が今回検討対象とした他の金属を担持した触媒より改質性能が高い。
4.第1活性成分としてニッケルを第2活性成分としてバナジウムを担持する触媒において、担体として、セリア、GDC,ジルコニア、YSZを使用する触媒において、ニッケルの担持量は0.5〜30重量%程度でよい。また、バナジウムの担持量は1〜10重量%程度でよい。
5.アルミナにニッケルを担持した従来の触媒よりも、第1活性成分としてニッケルを第2活性成分としてバナジウムを、セリア、GDC,ジルコニア、YSZの各担体に担持した触媒の方が改質性能が高い。
段落〔0024〕〔0038〕〔0039〕から明らかなように、この組成物はニッケルを含む粒子の表面に、(a):バナジウム酸化物もしくはバナジウム・ニッケル複合酸化物と、(b):ケイ素酸化物及びジルコニア酸化物の両方、とが存在するものである。ケイ素酸化物及びジルコニア酸化物は触媒の担体ではなく、ニッケルを含む粉末にバナジウムを含浸させたコア粒子の表面に存在する表面酸化物である。つまり、ニッケルを含む粒子が担体としての機能を有しており、その表面に(a)が含浸担持され、更に(b)が表面に付加されたものと言える。しかも、段落〔0030〕に記載されているように、ケイ素酸化物及びジルコニア酸化物の含有量は、コアとなるバナジウムを含浸させたニッケルを含む粉末100重量%に対して、2〜15重量%が好ましいとされていることからケイ素酸化物及びジルコニア酸化物は、明らかに担体では無い。また、同段落に記載されているように、ケイ素酸化物及びジルコニア酸化物は、コアとなるバナジウムを含浸させたニッケルを含む粉末の表面の20%以上100%以下を被覆する被覆物であることが記載されている。また、微小クラックがあれば表面被覆率が100%であっても良いと記載されている。
加えて、製造方法は、バナジン酸アンモニウム水溶液に、水酸化ニッケル粉又は酸化ニッケル粉を添加してバナジウムを含浸吸着、蒸発乾固させて触媒粒子を焼成して触媒組成物を得ている。
このように、触媒組成物の核となる材料が水酸化ニッケル粉又は酸化ニッケル粉であるから、ニッケルの使用量を減らすことは不可能である。
以上より、「水蒸気改質触媒組成物」はその製造工程が複雑となり、同時にニッケル量も多い。これらの点から、後述する内部改質部には採用しづらい。
以下、図1〜図6を参照して、本発明に係る燃料改質触媒を改質部(外部改質器34及び内部改質触媒層D)の両方に使用する実施形態に関して説明する。
説明は、燃料電池システムYの全体構成、燃料電池システムYの中核を成す燃料電池モジュールM、多数併設されて燃料電池モジュールMを構成する燃料電池セルユニットU、燃料電池セルRの順に説明する。
図1に示すように、燃料電池システムYは燃料電池モジュールMを中核として構成されている。この燃料電池モジュールMは燃料電池(具体的には燃料電池セルR)を備えることにより、少なくとも水素を含有する還元性ガス(燃料ガスの一例)及び少なくとも酸素を含有する酸化性ガスの供給を受けて発電する。発電は高温状態での発熱反応となる。結果、燃料電池システムYは、電力と熱の両方を発生・供給可能な、所謂「コジェネレーションシステム」となっている。
図2(a)に燃料電池モジュールMの正面図を示し、図2(b)に、その断面図(図2(a)のII−II断面)を示した。さらに図3に、燃料電池セルR側からみた燃料電池セルユニットUの斜視図を、図4にその製造順を示した。
これまでも説明したように、燃料電池セルユニットUは、導電性を有する金属支持体1と、燃料電池セルRとを備えて構成されており、燃料電池セルRは、電解質層Bを挟んだ状態で、アノード電極層Aと、カソード電極層Cとを少なくとも有して構成されている。
燃料電池セルRの詳細に関して、以下順に詳述する。
図2、図3に示すように、この例の金属支持体1は、長方形の平板部材72と、長手方向に直交する断面がU字状のU字部材73と、蓋部74とを備えて構成されている。平板部材72の長辺とU字部材73の長辺(U字の2つの頂点に対応する辺)とが接合され、一方の端部(図示するものでは上端側)が蓋部74で塞がれている。これにより、内部に空間を有し全体として平板あるいは平棒状の金属支持体1が構成される。平板部材72は、金属支持体1の中心軸に対して平行に配置される。
本発明では、燃料電池セルRと金属支持体1との関係、及び、後述する内部改質部(内部改質触媒層D)との関係において、材料選択を適切に行うことにより、熱膨張係数について、上記同様に熱膨張係数が近くなる。結果、低温と高温の温度サイクルが繰り返された場合も燃料電池セルユニットUがダメージを受けにくい。よって、長期耐久性に優れた内部改質部を実現できる。
燃料電池セルRは、アノード電極層A、電解質層B、カソード電極層Cと、これらの層の間に適宜拡散抑制層y、zを有して構成される。この燃料電池セルRは、固体酸化物形燃料電池SOFCである。この実施形態として示す燃料電池セルRは拡散抑制層y、zを備えることにより、電解質層Bは、アノード電極層Aとカソード電極層Cとで間接的に挟まれた構造となる。電池発電のみを発生させるという意味からは、電解質層Bの一方の面にアノード電極層Aを、他方の面にカソード電極層Cを形成することで、発電することは可能である。即ち、少なくともこれら3層A,B,Cを備えることで燃料電池となる。
アノード電極層Aは、図3、図5等に示すように、金属支持体1の表側であって貫通孔78が設けられた領域より大きな領域に、薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、1μm〜100μm程度、好ましくは、5μm〜50μmとすることができる。このような厚さにすると、高価な電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。貫通孔78が設けられた領域の全体が、アノード電極層Aに覆われている。つまり、貫通孔78は金属支持体1におけるアノード電極層Aが形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通孔78がアノード電極層Aに面して設けられている。
なお、このアノード電極層Aに含むNiの量は、35重量%以上85重量%以下の範囲とできる。また、アノード電極層Aに含むNiの量は、発電性能をより高められるので、40重量%より多いとより好ましく、45重量%より多いと更に好ましい。一方、コストダウンし易くなるので、80重量%以下であるとより好ましい。
中間層yは、図5に示すように、アノード電極層Aを覆った状態で、アノード電極層Aの上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、1μm〜100μm程度、好ましくは2μm〜50μm程度、より好ましくは4μm〜25μm程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な中間層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。中間層yの材料としては、例えば、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)やGDC(ガドリニウム・ドープ・セリア)、YDC(イットリウム・ドープ・セリア)、SDC(サマリウム・ドープ・セリア)等を用いることができる。特にセリア系のセラミックスが好適に用いられる。
電解質層Bは、アノード電極層Aおよび中間層yを覆った状態で、中間層yの上に薄層の状態で形成される。また、厚さが10μm以下の薄膜の状態で形成することもできる。詳しくは電解質層Bは、図3、図5等に示すように、中間層yの上と金属支持体1の上とにわたって(跨って)設けられる。このように構成し、電解質層Bを金属支持体1に接合することで、電気化学素子全体として堅牢性に優れたものとすることができる。
反応防止層zは、電解質層Bの上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、1μm〜100μm程度、好ましくは2μm〜50μm程度、より好ましくは3μm〜15μm程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な反応防止層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。反応防止層zの材料としては、電解質層Bの成分とカソード電極層Cの成分との間の反応を防止できる材料であれば良いが、例えばセリア系材料等が用いられる。また反応防止層zの材料として、Sm、GdおよびYからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも1つを含有する材料が好適に用いられる。なお、Sm、GdおよびYからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも1つを含有し、これら元素の含有率の合計が1.0重量%以上10重量%以下であるとよい。反応防止層zを電解質層Bとカソード電極層Cとの間に導入することにより、カソード電極層Cの構成材料と電解質層Bの構成材料との反応が効果的に抑制され(拡散抑制)、燃料電池セルRの性能の長期安定性を向上できる。反応防止層zの形成は、1100℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、金属支持体1の損傷を抑制し、また、金属支持体1とアノード電極層Aとの元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた燃料電池セルRを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法(例えば1100℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法)、スプレーコーティング法(溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法)、PVD法(スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など)、CVD法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
カソード電極層Cは、電解質層Bもしくは反応防止層zの上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、1μm〜100μm程度、好ましくは、5μm〜50μmとすることができる。このような厚さにすると、高価なカソード電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。カソード電極層Cの材料としては、例えば、LSCF、LSM等の複合酸化物、セリア系酸化物およびこれらの混合物を用いることができる。特にカソード電極層Cが、La、Sr、Sm、Mn、CoおよびFeからなる群から選ばれる2種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。以上の材料を用いて構成されるカソード電極層Cは、カソードとして機能する。
これまでも説明してきたように、本実施形態では、金属支持体1内に、アノード電極層Aに水素を含有する燃料ガスを供給する燃料ガス供給路である還元性ガス供給路L1が形成されている。そして、図3に一点鎖線矢印でも示すようにこの供給路L1におけるガスは、金属支持体1の軸方向開口側(下側)から軸方向蓋体部側(上側)への一方向とされる。平板部材72の表裏を貫通して設けられた貫通孔78を介して、アノード電極層Aに発電反応用の水素H2を供給できる。ここで、燃料電池セルR中に於ける発電反応は、公知の電池反応であるが、この反応に伴って、アノード電極層Aから貫通孔78には、水分(水蒸気)H2Oが放出される。結果、本発明の還元性ガス供給路L1は、水素H2を含有するガスを供給する供給部L3bとなっていると同時に、水分(水蒸気)H2Oの排出部L3a伴っているのである。
CH4+H2O→CO+3H2
〔化2〕
CO+H2O→CO2+H2
〔化3〕
CH4+2H2O→CO2+4H2
(1)上記の実施形態では、燃料電池セルユニットUが金属支持体1を備え、この金属支持体1により燃料電池セルRが支持されるとともに、ガス供給路L1,L2が形成される例を示した。そして、還元性ガス供給路L1に本発明に係る燃料改質触媒を配置して、燃料改質を燃料電池セルRが一体化された構造体内で実行するものとした。
しかしながら、燃料電池の作動においては、各電極に発電に必要となるガスを供給できればよく、燃料電池セル自体が自立型とされ、各供給路を備えて構成される場合もある。
このような構成にあっては、燃料電池セル自体或いはこれと一体に本発明に係る燃料改質触媒を備え、当該部位で原燃料ガスの改質を行ってもよい。
そこで、本発明にあっては、燃料電池セルRと一体に構造体として備えられる改質部を内部改質部と呼び、その構造体を燃料電池セル構造体と呼ぶ。
1.外部改質
外部改質部のみを備える場合は、原燃料ガスのほぼ全てを改質して改質ガスを燃料ガスとして燃料電池セルユニットUに供給することとなる。
2.内部改質
内部改質部のみを備える場合は、還元性ガス供給路L1に原燃料ガス及び水蒸気を供給する状態で、燃料電池セル構造体内で、原燃料ガスの改質を実行し、水素リッチな改質ガスを燃料ガスとして燃料電池セルRのアノード電極層A側に到達する構成をとることとなる。
さらに、これまでも説明してきたように、燃料電池の発電反応により発生する水分(水蒸気)を還元性ガス(燃料ガス)の流れ方向、下流側で改質に利用しようとする場合は、図6(a)(b)の構成となる。
これに対して、改質部を燃料電池セルユニットU内に設ける場合に、本発明に係る燃料改質触媒の配置位置を制限することで、使用する触媒量を低減して、コスト低減を図ることもできる。即ち、燃料電池での発電に伴って発生する水蒸気を改質に利用する場合、図6(b)に示すように、還元性ガス供給路L1において、最も上流側に位置する貫通孔78より下手側(下流側)となる位置にのみ設けるものとしてもよい。このように構成することで、貴重な燃料改質触媒の量を低減できる。
即ち、燃料電池セルRに対して、還元性ガス供給路L1の上流側に燃料改質触媒が配置される改質部(内部改質触媒層D)を設けるとともに、その改質部から燃料電池セルRに改質ガスが供給されるものとし、燃料電池セルRから放出されるガスに関しては、別途、独立に排出する構成としてもよい。このような構成例が図6(c)の構成となる。
34 外部改質器(外部改質部;改質部)
A アノード電極
B 電解質層
C カソード電極
D 内部改質触媒層(内部改質部;改質部)
L1 還元性ガス供給路(燃料ガス供給路)
L2 酸化性ガス供給路
R 燃料電池セル
U 燃料電池セルユニット(燃料電池セル構造体)
Y 燃料電池システム
Claims (13)
- セリア系金属酸化物もしくはジルコニア系金属酸化物を主成分とする担体に少なくともニッケルとバナジウムを担持した燃料改質触媒。
- 触媒全体に対する前記担体の割合が55重量%以上である請求項1記載の燃料改質触媒。
- 前記セリア系金属酸化物が、ガドリニウム、サマリウム、イットリウムのうちの少なくともいずれか一つをドープしたセリアである請求項1又は2記載の燃料改質触媒。
- 前記ジルコニア系金属酸化物が、イットリウム、スカンジウムのうちの少なくともいずれか一つで安定化したジルコニアである請求項1〜3のいずれか一項記載の燃料改質触媒。
- 前記ニッケルの担持量が0.5重量%以上である請求項1〜4のいずれか1項記載の燃料改質触媒。
- 前記バナジウムの担持量が前記ニッケルの担持量と同一以下である請求項1〜5のいずれか1項記載の燃料改質触媒。
- 請求項1〜6のいずれか1項記載の燃料改質触媒を少なくとも含み、原燃料ガスを前記燃料改質触媒により水素リッチな改質ガスに改質する改質部を有し、前記改質部から前記改質ガスの供給を受けるとともに、酸化性ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システム。
- 電解質層を挟んでアノード電極層とカソード電極層が少なくとも形成された燃料電池セルと、前記アノード電極層に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記カソード電極層に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給路とを備えて構成され、
請求項1〜6のいずれか1項記載の燃料改質触媒を少なくとも有する改質部を内部改質部として備えた燃料電池セル構造体。 - 電解質層を挟んでアノード電極層とカソード電極層が少なくとも形成された燃料電池セルと、前記アノード電極層に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記カソード電極層に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給路とを備えて構成され、
前記燃料電池セルが支持体上に形成されるとともに、
請求項1〜6のいずれか1項記載の燃料改質触媒を少なくとも有する改質部を内部改質部として備えた燃料電池セル構造体。 - 前記支持体が金属である請求項9に記載の燃料電池セル構造体。
- 前記燃料電池セルが固体酸化物形燃料電池である請求項8〜10のいずれか1項記載の燃料電池セル構造体。
- 少なくともニッケルとバナジウムを含有する溶液に、セリア系金属酸化物もしくはジルコニア系金属酸化物を主成分とする担体を添加し、前記担体に少なくともニッケルとバナジウムを含浸担持する含浸担持工程を少なくとも有する燃料改質触媒の製造方法。
- 請求項9又は10記載の燃料電池セル構造体の製造方法であって、
前記担体に前記ニッケルとバナジウムを含浸担持する含浸担持工程を経て得られる含浸担持物を前記支持体の少なくとも一部に配置して前記改質部を得る燃料電池セル構造体の製造方法。
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