JP2021161467A - electrode - Google Patents

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Abstract

To provide an electrode for SOFC or SOEC which has electron conductivity less reduced even when being exposed to high-temperature steam.SOLUTION: The electrode comprises a diffusion later and an active layer formed on an electrolyte layer-side surface of the diffusion layer. The active layer comprises a cermet (B) including Ni-containing particles (B), ScCZ particles formed of an Sc-doped CeO2-ZrO2 solid solution, and electrolyte particles (B) formed of a solid oxide other than the Sc-doped CeO2-ZrO2 solid solution. Preferably, the ScCZ particles have a composition represented by ScxCeyZr1-(x+y)O2 (wherein 0.06≤x≤0.19 and 0.05≤y≤0.15).SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、電極に関し、さらに詳しくは、固体酸化物形電解セル(SOEC)の水素極又は固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料極として使用することができ、かつ、耐酸化性に優れた電極に関する。 The present invention relates to an electrode, and more specifically, it can be used as a hydrogen electrode of a solid oxide fuel cell (SOEC) or a fuel electrode of a solid oxide fuel cell (SOFC), and has excellent oxidation resistance. Regarding the electrodes.

固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、電解質として酸化物イオン伝導体を用いた燃料電池である。SOFCのアノード(燃料極)に、H2、CO、CH4などの燃料ガスを供給し、カソード(酸素極)にO2を供給すると、電極反応が進行し、電力を取り出すことができる。電極反応により生成したCO2やH2Oは、SOFC外に排出される。
一方、固体酸化物形電解セル(SOEC)は、SOFCと構造は同じであるが、SOFCとは逆の反応を起こさせるものである。すなわち、SOECのカソード(水素極)にCO2やH2Oを供給し、電極間に電流を流すと、COやH2を生成させることができる。
A solid oxide fuel cell (SOFC) is a fuel cell that uses an oxide ion conductor as an electrolyte. When fuel gas such as H 2 , CO, and CH 4 is supplied to the anode (fuel electrode) of the SOFC and O 2 is supplied to the cathode (oxygen electrode), the electrode reaction proceeds and electric power can be taken out. CO 2 and H 2 O generated by the electrode reaction are discharged to the outside of the SOFC.
On the other hand, the solid oxide fuel cell (SOEC) has the same structure as SOFC, but causes a reaction opposite to that of SOFC. That is, when CO 2 or H 2 O is supplied to the cathode (hydrogen electrode) of the SOEC and a current is passed between the electrodes, CO or H 2 can be generated.

SOECは、電解質の一方の面にアノード(酸素極)が接合され、他方の面にカソード(水素極)が接合された単セルを備えている。このようなSOECを構成する部材の材料として、一般的には、以下のような材料が用いられている(非特許文献1〜6参照)。
(a)電解質: イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、スカンジア安定化ジルコニア(SSZ)、サマリアドープトセリア(SDC)、ランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物(LSGM)など。
(b)酸素極: ランタンストロンチウムマンガナイト(LSM)、ランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF)、ランタンストロンチウムコバルタイト(LSC)など。
(c)水素極: Ni/YSZ、Ni/SDC、Ni−Fe/SDCなど。
SOEC includes a single cell in which an anode (oxygen electrode) is bonded to one surface of an electrolyte and a cathode (hydrogen electrode) is bonded to the other surface. The following materials are generally used as materials for the members constituting such SOEC (see Non-Patent Documents 1 to 6).
(A) Electrolytes: yttria-stabilized zirconia (YSZ), scandia-stabilized zirconia (SSZ), sammalia-doped toseria (SDC), lanthanum strontium gallium magnesium oxide (LSGM) and the like.
(B) Oxygen electrode: Lanthanum strontium manganite (LSM), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), lanthanum strontium cobaltite (LSC) and the like.
(C) Hydrogen electrode: Ni / YSZ, Ni / SDC, Ni-Fe / SDC, etc.

SOECの水素極には、一般に、Ni/YSZサーメットが用いられる。しかし、水素極には、水素製造の原料となる水蒸気が高温下(700℃以上)で供給される。そのため、水素極に含まれるNiが容易に酸化され、NiOが形成される。NiOは絶縁体であるため、電極中にNiOが形成されると、その部分では電子パスが途絶え、電解反応が進行しなくなる。その結果、電解特性が低下する。
この点は、SOFCも同様である。すなわち、SOFCのアノード(燃料極)においては、電極反応により水が生成する。そのため、特に、高負荷運転条件下において、生成した水蒸気により燃料極中のNiが酸化され、発電特性が低下する場合がある。
Ni / YSZ cermet is generally used for the hydrogen electrode of SOEC. However, steam, which is a raw material for hydrogen production, is supplied to the hydrogen electrode at a high temperature (700 ° C. or higher). Therefore, Ni contained in the hydrogen electrode is easily oxidized to form NiO. Since NiO is an insulator, when NiO is formed in the electrode, the electron path is interrupted at that portion and the electrolytic reaction does not proceed. As a result, the electrolytic characteristics deteriorate.
This point is the same for SOFC. That is, at the anode (fuel electrode) of the SOFC, water is generated by the electrode reaction. Therefore, in particular, under high load operating conditions, the generated steam may oxidize Ni in the fuel electrode, resulting in deterioration of power generation characteristics.

Ebbesen, S. D.; Hansen, J. B.; Morgensen, M. B. ECS Trans. 2013, 57, 3217.Ebbesen, S. D .; Hansen, J. B .; Morgensen, M. B. ECS Trans. 2013, 57, 3217. Jensen, S. H.; Larsen, P. H.; Mogensen, M. Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 3253.Jensen, S. H .; Larsen, P. H .; Mogensen, M. Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 3253. Katahira, K.; Kohchi, Y.; Shimura, T.; Iwahara, H. Solid State Ionics 2000, 138, 91.Katahira, K .; Kohchi, Y .; Shimura, T .; Iwahara, H. Solid State Ionics 2000, 138, 91. Languna-Bercero, M. A.; Skinner, S. J.; Kilner, J. A. J. Power Sources 2009, 192, 126.Languna-Bercero, M. A .; Skinner, S. J .; Kilner, J. A. J. Power Sources 2009, 192, 126. O'Brien, J. E.; Stoots, C. M.; Herring, J. S.; Lessing, P. A.; Hartvigsen, J. J.; Elangovan, S. J. Fuel Cell Sci. Technol. 2005, 2, 156.O'Brien, J. E .; Stoots, C. M .; Herring, J. S .; Lessing, P. A .; Hartvigsen, J. J .; Elangovan, S. J. Fuel Cell Sci. Technol. 2005, 2, 156. Sune Dalgaard Ebbesen, Soren Hojgaard Jensen, Anne Hauch, and Morgens Bjerg Morgensen, Chem. Rev. 2014, 114, 1069Sune Dalgaard Ebbesen, Soren Hojgaard Jensen, Anne Hauch, and Morgens Bjerg Morgensen, Chem. Rev. 2014, 114, 1069

本発明が解決しようとする課題は、高温の水蒸気に曝されても電子伝導性の低下が少ないSOFC用又はSOEC用の電極を提供することにある。 An object to be solved by the present invention is to provide an electrode for SOFC or SOEC in which the decrease in electron conductivity is small even when exposed to high temperature water vapor.

上記課題を解決するために本発明に係る電極は、以下の構成を備えている。
(1)前記電極は、
拡散層と、
前記拡散層の電解質層側表面に形成された活性層と
を備えている。
(2)前記活性層は、
Ni含有粒子(B)と、
ScドープCeO2−ZrO2固溶体からなるScCZ粒子と、
前記ScドープCeO2−ZrO2固溶体以外の固体酸化物からなる電解質粒子(B)と
を含むサーメット(B)からなる。
In order to solve the above problems, the electrode according to the present invention has the following configuration.
(1) The electrode is
Diffusion layer and
It includes an active layer formed on the surface of the diffusion layer on the electrolyte layer side.
(2) The active layer is
Ni-containing particles (B) and
ScCZ particles composed of Sc-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution,
It is composed of a cermet (B) containing electrolyte particles (B) made of a solid oxide other than the Sc-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution.

Ni含有粒子(B)を含む電極にScCZを添加すると、Ni含有粒子(B)に含まれるNiの酸化が格段に抑制される。これは、
(A)Ni含有粒子(B)の表面に形成されたNiを含む金属酸化膜(例えば、NiOなど)からスピルオーバーした酸素イオンがScCZに固定されるため、
(B)ScCZの水分解機能により水蒸気が酸素と水素に分解され、ScCZの周囲が還元雰囲気に曝されるため、及び/又は、
(C)Ni含有粒子(B)とScCZとが共存することによって、Ni含有粒子(B)に含まれるNiの電子状態が変化するため
と考えられる。
When ScCZ is added to the electrode containing the Ni-containing particles (B), the oxidation of Ni contained in the Ni-containing particles (B) is remarkably suppressed. this is,
(A) Oxygen ions spilled over from a Ni-containing metal oxide film (for example, NiO) formed on the surface of the Ni-containing particles (B) are fixed to ScCZ.
(B) Water vapor is decomposed into oxygen and hydrogen by the water decomposition function of ScCZ, and the surroundings of ScCZ are exposed to a reducing atmosphere, and / or.
(C) It is considered that the coexistence of the Ni-containing particles (B) and ScCZ changes the electronic state of Ni contained in the Ni-containing particles (B).

CZの酸素吸蔵・放出過程の模式図である。It is a schematic diagram of the oxygen occlusion / release process of CZ. Ni/(ScCZ+YSZ)を活性層に用いた固体酸化物形電解セルの模式図である。It is a schematic diagram of the solid oxide type electrolytic cell which used Ni / (ScCZ + YSZ) as an active layer. Ni/YSZを活性層に用いた従来の固体酸化物形電解セルの模式図である。It is a schematic diagram of the conventional solid oxide fuel cell electrolytic cell using Ni / YSZ as an active layer. ScCZによるNi酸化抑制メカニズムの模式図である。It is a schematic diagram of the Ni oxidation suppression mechanism by ScCZ.

温度700℃、酸化雰囲気(加湿有又は加湿無)下における各種電極のNi酸化率である。The Ni oxidation rate of various electrodes under an oxidizing atmosphere (with or without humidification) at a temperature of 700 ° C. Ni/YSZ(Y0.158Zr0.8422)のXAFSスペクトルである。It is an XAFS spectrum of Ni / YSZ (Y 0.158 Zr 0.842 O 2). Ni/ScCZ(Sc0.132Ce0.104Zr0.7642)のXAFSスペクトルである。It is an XAFS spectrum of Ni / ScCZ (Sc 0.132 Ce 0.104 Zr 0.764 O 2). ScCZ(Sc0.132Ce0.104Zr0.7642)及びCZ(Ce0.118Zr0.8822)の酸素吸蔵量である。It is the oxygen occlusion amount of ScCZ (Sc 0.132 Ce 0.104 Zr 0.764 O 2 ) and CZ (Ce 0.118 Zr 0.882 O 2).

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 電極]
本発明に係る電極は、
拡散層と、
前記拡散層の電解質層側表面に形成された活性層と
を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. electrode]
The electrode according to the present invention is
Diffusion layer and
It includes an active layer formed on the surface of the diffusion layer on the electrolyte layer side.

[1.1. 拡散層]
本発明において、拡散層は、Ni含有粒子(A)と、固体酸化物からなる電解質粒子(A)とを含むサーメット(A)からなる。拡散層は、活性層を支持するためのものである。拡散層と活性層との積層体からなる電極において、電極反応は、主として活性層内で生じる。そのため、拡散層は、必ずしも高いイオン伝導度を有している必要はない。
[1.1. Diffusion layer]
In the present invention, the diffusion layer is composed of a cermet (A) containing Ni-containing particles (A) and electrolyte particles (A) made of a solid oxide. The diffusion layer is for supporting the active layer. In an electrode composed of a laminated body of a diffusion layer and an active layer, an electrode reaction mainly occurs in the active layer. Therefore, the diffusion layer does not necessarily have to have high ionic conductivity.

すなわち、拡散層は、少なくとも、
(a)その電解質層側表面に形成される活性層を支持するための機能、
(b)燃料(電解又は発電の原料)を活性層まで拡散させる機能、
(c)還元反応に必要な電子を集電体から活性層まで輸送し、又は、酸化反応で生じた電子を活性層から集電体まで輸送する機能、及び、
(d)電極反応により活性層で生成した水素又は水蒸気を電極外に排出する機能
を備えている必要がある。
拡散層の組成は、このような機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。
That is, the diffusion layer is at least
(A) Function for supporting the active layer formed on the surface on the electrolyte layer side,
(B) A function of diffusing fuel (raw material for electrolysis or power generation) to the active layer,
(C) The function of transporting the electrons required for the reduction reaction from the current collector to the active layer, or the function of transporting the electrons generated by the oxidation reaction from the active layer to the current collector, and
(D) It is necessary to have a function of discharging hydrogen or water vapor generated in the active layer by the electrode reaction to the outside of the electrode.
The composition of the diffusion layer is not particularly limited as long as it performs such a function.

[1.1.1. Ni含有粒子(A)]
「Ni含有粒子(A)」とは、粒子に含まれる金属元素の総質量に対するNiの質量の割合が10mass%以上である金属粒子をいう。Ni含有粒子(A)に含まれるNiの質量割合は、好ましくは、50mass%以上、さらに好ましくは、90mass%以上である。
Ni含有粒子(A)は、拡散層中において、電子伝導体としての機能を有する。Ni含有粒子(A)の組成は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。Ni含有粒子(A)としては、例えば、Ni、Ni−Fe合金、Ni−Co合金などがある。
Ni含有粒子(A)の含有量は、拡散層としての機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。また、拡散層に含まれるNi含有粒子(A)の含有量は、活性層に含まれるNi含有粒子(B)の含有量と同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。Ni含有粒子(A)の含有量は、通常、30〜70mass%である。
[1.1.1. Ni-containing particles (A)]
The “Ni-containing particles (A)” refers to metal particles in which the ratio of the mass of Ni to the total mass of metal elements contained in the particles is 10 mass% or more. The mass ratio of Ni contained in the Ni-containing particles (A) is preferably 50 mass% or more, more preferably 90 mass% or more.
The Ni-containing particles (A) have a function as an electron conductor in the diffusion layer. The composition of the Ni-containing particles (A) is not particularly limited as long as it exhibits such a function. Examples of the Ni-containing particles (A) include Ni, Ni—Fe alloy, Ni—Co alloy and the like.
The content of the Ni-containing particles (A) is not particularly limited as long as it functions as a diffusion layer. Further, the content of the Ni-containing particles (A) contained in the diffusion layer may be the same as or different from the content of the Ni-containing particles (B) contained in the active layer. The content of the Ni-containing particles (A) is usually 30 to 70 mass%.

[1.1.2. 電解質粒子(A)]
電解質粒子(A)の組成は、拡散層としての機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。電解質粒子(A)は、活性層に含まれる電解質と同一の組成を有するものでも良く、あるいは、異なる組成を有するものでも良い。
電解質粒子(A)としては、例えば、
(a)3〜15mol%のY23を含むイットリア安定化ジルコニア(YSZ)、
(b)活性層に含まれる電解質と同一又は類似の組成を持つ材料、
などがある。
これらの中でも、電解質粒子(A)は、YSZが好適である。これは、機械的強度が安定しているためである。
[1.1.2. Electrolyte particles (A)]
The composition of the electrolyte particles (A) is not particularly limited as long as it functions as a diffusion layer. The electrolyte particles (A) may have the same composition as the electrolyte contained in the active layer, or may have a different composition.
Examples of the electrolyte particles (A) include, for example.
(A) Yttria-stabilized zirconia (YSZ) containing 3 to 15 mol% Y 2 O 3,
(B) A material having the same or similar composition as the electrolyte contained in the active layer,
and so on.
Among these, YSZ is preferable as the electrolyte particles (A). This is because the mechanical strength is stable.

[1.1.3. 気孔率]
拡散層の気孔率は、電極のガス拡散性、強度、電子伝導性などに影響を与える。一般に、拡散層の気孔率が小さすぎると、ガス拡散性が低下する。従って、拡散層の気孔率は、40%以上が好ましい。気孔率は、好ましくは、45%以上、さらに好ましくは、50%以上である。
一方、拡散層の気孔率が大きくなりすぎると、強度及び電子伝導性が低下する。従って、拡散層の気孔率は、60%以下が好ましい。気孔率は、好ましくは、58%以下、さらに好ましくは、55%以下である。
[1.1.3. Porosity]
The porosity of the diffusion layer affects the gas diffusivity, strength, electron conductivity, etc. of the electrode. In general, if the porosity of the diffusion layer is too small, the gas diffusivity decreases. Therefore, the porosity of the diffusion layer is preferably 40% or more. The porosity is preferably 45% or more, more preferably 50% or more.
On the other hand, if the porosity of the diffusion layer becomes too large, the strength and electron conductivity will decrease. Therefore, the porosity of the diffusion layer is preferably 60% or less. The porosity is preferably 58% or less, more preferably 55% or less.

[1.2. 活性層]
活性層は、電極反応の反応場となる部分である。本発明において、活性層は、
Ni含有粒子(B)と、
ScドープCeO2−ZrO2固溶体からなるScCZ粒子と、
ScドープCeO2−ZrO2固溶体以外の固体酸化物からなる電解質粒子(B)と
を含むサーメット(B)からなる。
[1.2. Active layer]
The active layer is a portion that serves as a reaction field for the electrode reaction. In the present invention, the active layer is
Ni-containing particles (B) and
ScCZ particles composed of Sc-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution,
It is composed of a cermet (B) containing electrolyte particles (B) made of a solid oxide other than the Sc-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution.

[1.2.1. Ni含有粒子(B)]
「Ni含有粒子(B)」とは、粒子に含まれる金属元素の総質量に対するNiの質量の割合が90mass%以上である金属粒子をいう。Ni含有粒子(B)に含まれるNiの質量割合は、好ましくは、95mass%以上である。
Ni含有粒子(B)は、活性層中において、電極触媒及び電子伝導体としての機能を有する。Ni含有粒子(B)の組成は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。Ni含有粒子(B)としては、例えば、Ni、Ni−Fe合金、Ni−Co合金などがある。高い触媒活性及び高い電子伝導性を得るには、Ni含有粒子(B)は、実質的にNiのみからなり、残部が不可避的不純物からなるものが好ましい。
[1.2.1. Ni-containing particles (B)]
The “Ni-containing particles (B)” refers to metal particles in which the ratio of the mass of Ni to the total mass of metal elements contained in the particles is 90 mass% or more. The mass ratio of Ni contained in the Ni-containing particles (B) is preferably 95 mass% or more.
The Ni-containing particles (B) have functions as an electrode catalyst and an electron conductor in the active layer. The composition of the Ni-containing particles (B) is not particularly limited as long as it exhibits such a function. Examples of the Ni-containing particles (B) include Ni, Ni—Fe alloy, Ni—Co alloy and the like. In order to obtain high catalytic activity and high electron conductivity, it is preferable that the Ni-containing particles (B) are substantially composed of only Ni and the balance is composed of unavoidable impurities.

[1.2.2. ScCZ粒子]
[A. 酸素吸蔵・放出能]
ScCZ粒子は、ScがドープされたCeO2−ZrO2固溶体からなり、活性層中において、酸化物イオン伝導体としての機能、及びNi含有粒子(B)に含まれるNiの酸化を抑制する機能を有する。CeO2は、ZrO2に酸素吸蔵・放出能を付与する作用がある。一方、Scは、CeO2−ZrO2固溶体(CZ)のCeサイトを置換する。CZに適量のScをドープすると、焼成時におけるCZの分解を抑制することができる。また、ScCZは、Ni含有粒子(B)に含まれるNiの電子状態を変化させる作用がある。そのため、Ni含有粒子(B)とScCZとを共存させると、Ni含有粒子(B)に含まれるNiの酸化を抑制することができる。また、Ni含有粒子(B)がNi以外の金属元素を含む場合であっても、少なくともNiの酸化を抑制することができれば、電極内に三相界面(TPB)を確保することができる。
[1.2.2. ScCZ particles]
[A. Oxygen storage / release capacity]
The ScCZ particles are composed of a Sc-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution, and have a function as an oxide ion conductor and a function of suppressing the oxidation of Ni contained in the Ni-containing particles (B) in the active layer. Have. CeO 2 has the effect of imparting oxygen storage / release ability to ZrO 2. On the other hand, Sc replaces the Ce site of the CeO 2- ZrO 2 solid solution (CZ). By doping CZ with an appropriate amount of Sc, decomposition of CZ during firing can be suppressed. Further, ScCZ has an action of changing the electronic state of Ni contained in the Ni-containing particles (B). Therefore, when the Ni-containing particles (B) and ScCZ coexist, the oxidation of Ni contained in the Ni-containing particles (B) can be suppressed. Further, even when the Ni-containing particles (B) contain a metal element other than Ni, a three-phase interface (TPB) can be secured in the electrode as long as the oxidation of Ni can be suppressed at least.

図1に、CZの酸素吸蔵・放出過程の模式図を示す。また、次の式(1)に、CZの酸素吸蔵・放出反応の反応式を示す。式(1)中、右側に進む反応は酸化反応を表し、左側に進む反応は還元反応を表す。
CeO2-x−ZrO2+(x/2)O2 ⇔ CeO2−ZrO2 …(1)
FIG. 1 shows a schematic diagram of the oxygen occlusion / release process of CZ. Further, the following formula (1) shows the reaction formula of the oxygen storage / release reaction of CZ. In formula (1), the reaction that proceeds to the right side represents an oxidation reaction, and the reaction that proceeds to the left side represents a reduction reaction.
CeO 2-x −ZrO 2 + (x / 2) O 2 ⇔ CeO 2 −ZrO 2 … (1)

ZrO2中に固溶しているCeイオンは、周囲の雰囲気中の酸素分圧に応じて、可逆的に3価の状態(還元状態)と、4価の状態(酸化状態)とを取ることができる。そのため、CZが酸化雰囲気に曝される時には、CZは雰囲気中にある酸素イオンを結晶格子内に取り込む。一方、CZが還元雰囲気に曝される時には、CZは結晶格子内にある酸素イオンを雰囲気中に放出する。この点は、ScCZも同様である。 Ce ions dissolved in ZrO 2 reversibly take a trivalent state (reduced state) and a tetravalent state (oxidized state) according to the partial pressure of oxygen in the surrounding atmosphere. Can be done. Therefore, when the CZ is exposed to an oxidizing atmosphere, the CZ takes in oxygen ions in the atmosphere into the crystal lattice. On the other hand, when the CZ is exposed to a reducing atmosphere, the CZ releases oxygen ions in the crystal lattice into the atmosphere. This point is the same for ScCZ.

[B. 組成]
ScCZ粒子は、特に、次の式(2)で表される組成を有するものが好ましい。
ScxCeyZr1-(x+y)2 …(2)
但し、0.06≦x≦0.19、0.05≦y≦0.15。
[B. composition]
The ScCZ particles preferably have a composition represented by the following formula (2).
Sc x Ce y Zr 1- (x + y) O 2 ... (2)
However, 0.06 ≦ x ≦ 0.19 and 0.05 ≦ y ≦ 0.15.

式(2)中、xは、ScCZ粒子に含まれるSc、Ce、及びZrの総モル数に対するScのモル数を表す。xが小さくなりすぎると、ScCZ粒子の耐熱性及びNi含有粒子(B)に含まれるNiの酸化抑制機能が低下する。従って、xは、0.06以上が好ましい。xは、好ましくは、0.1以上である。
一方、xが過剰になると、分相が生じ、CZ構造を維持できなくなり、構造安定性が低下する。従って、xは、0.19以下が好ましい。
In the formula (2), x represents the number of moles of Sc with respect to the total number of moles of Sc, Ce, and Zr contained in the ScCZ particles. If x becomes too small, the heat resistance of the ScCZ particles and the oxidation suppressing function of Ni contained in the Ni-containing particles (B) deteriorate. Therefore, x is preferably 0.06 or more. x is preferably 0.1 or more.
On the other hand, when x becomes excessive, phase separation occurs, the CZ structure cannot be maintained, and the structural stability deteriorates. Therefore, x is preferably 0.19 or less.

式(2)中、yは、ScCZ粒子に含まれるSc、Ce、及びZrの総モル数に対するCeのモル数を表す。yが小さくなりすぎると、酸素吸蔵量が低下し、Ni含有粒子(B)に含まれるNiの酸化抑制機能が低下する場合がある。従って、yは、0.05以上が好ましい。
一方、yが過剰になると、電極中の酸素イオン伝導性が低下するだけでなく、電極の機械的強度も低下する場合がある。従って、yは、0.15以下が好ましい。
In the formula (2), y represents the number of moles of Ce with respect to the total number of moles of Sc, Ce, and Zr contained in the ScCZ particles. If y becomes too small, the oxygen occlusion amount may decrease, and the oxidation suppressing function of Ni contained in the Ni-containing particles (B) may decrease. Therefore, y is preferably 0.05 or more.
On the other hand, when y is excessive, not only the oxygen ion conductivity in the electrode is lowered, but also the mechanical strength of the electrode may be lowered. Therefore, y is preferably 0.15 or less.

[1.2.3. 電解質粒子(B)]
電解質粒子(B)は、ScドープCeO2−ZrO2固溶体以外の固体酸化物からなる。本発明において、電解質粒子(B)は、電極のイオン伝導性を向上させ、及び/又は、安定化させるために添加される。ScCZも酸素イオン伝導体として機能するが、その酸素イオン伝導度は相対的に低い。また、ScCZは、酸素分圧によって状態が変化し、それによってイオン伝導度も変化する。一方、電極に電解質粒子(B)がさらに含まれていると、電極全体のイオン伝導度が向上し、及び/又は、ScCZ粒子の状態変化に起因するイオン伝導度の不安定化を緩和することができる。
電解質粒子(B)としては、例えば、
(a)イットリア安定化ジルコニアからなるYSZ粒子、
(b)LaドープCeO2−ZrO2固溶体からなるLaCZ粒子
などがある。活性層には、これらのいずれか1種の電解質粒子(B)が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。
[1.2.3. Electrolyte particles (B)]
The electrolyte particles (B) are composed of solid oxides other than the Sc-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution. In the present invention, the electrolyte particles (B) are added to improve and / or stabilize the ionic conductivity of the electrode. ScCZ also functions as an oxygen ion conductor, but its oxygen ion conductivity is relatively low. In addition, the state of ScCZ changes due to the partial pressure of oxygen, and the ionic conductivity also changes accordingly. On the other hand, when the electrode further contains the electrolyte particles (B), the ionic conductivity of the entire electrode is improved and / or the destabilization of the ionic conductivity due to the state change of the ScCZ particles is alleviated. Can be done.
Examples of the electrolyte particles (B) include, for example.
(A) YTSZ particles composed of yttria-stabilized zirconia,
(B) LaCZ particles composed of La-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution and the like. The active layer may contain any one of these electrolyte particles (B), or may contain two or more of them.

[A. YSZ粒子]
YSZ粒子は、イットリア安定化ジルコニアからなり、活性層中において酸化物イオン伝導体としての機能を有する。YSZ粒子に含まれるYの含有量は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な量を選択することができる。
相対的に高いイオン伝導度と、相対的に高い機械的強度を得るためには、YSZ粒子は、3mol%以上15mol%以下のY23を含むものが好ましい。電極中にYSZ粒子がさらに含まれていると、電極の機械的強度が向上する場合がある。
[A. YSZ particles]
The YSZ particles are composed of yttria-stabilized zirconia and have a function as an oxide ion conductor in the active layer. The content of Y contained in the YSZ particles is not particularly limited, and the optimum amount can be selected according to the purpose.
In order to obtain relatively high ionic conductivity and relatively high mechanical strength, the YSZ particles preferably contain Y 2 O 3 of 3 mol% or more and 15 mol% or less. Further inclusion of YSZ particles in the electrode may improve the mechanical strength of the electrode.

[B. LaCZ粒子]
LaCZ粒子は、LaがドープされたCeO2−ZrO2固溶体からなり、活性層中において、酸化物イオン伝導体としての機能、及び、Ni含有粒子(B)に含まれるNiの酸化を抑制する機能を有する。CeO2は、ZrO2に酸素吸蔵・放出能を付与する作用がある。一方、Laは、CeO2−ZrO2固溶体(CZ)のCeサイトを置換し、CZの耐熱性を向上させる作用がある。そのため、CZに適量のLaをドープすると、焼成時におけるCZの分解を抑制することができる。
LaCZ粒子の酸化抑制機能は、ScCZ粒子のそれに比べて劣る。しかしながら、電極中にLaCZ粒子がさらに含まれていると、熱的安定性が向上する場合がある。
[B. LaCZ particles]
The LaCZ particles are composed of a La-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution, and have a function as an oxide ion conductor in the active layer and a function of suppressing the oxidation of Ni contained in the Ni-containing particles (B). Has. CeO 2 has the effect of imparting oxygen storage / release ability to ZrO 2. On the other hand, La has the effect of substituting the Ce site of the CeO 2- ZrO 2 solid solution (CZ) and improving the heat resistance of the CZ. Therefore, if an appropriate amount of La is doped in CZ, decomposition of CZ at the time of firing can be suppressed.
The oxidation inhibitory function of LaCZ particles is inferior to that of ScCZ particles. However, if the electrode further contains LaCZ particles, the thermal stability may be improved.

LaCZ粒子は、特に、次の式(3)で表される組成を有するものが好ましい。
LaxCe2-xZr27 …(3)
但し、0<x<0.2。
The LaCZ particles are particularly preferably those having a composition represented by the following formula (3).
La x Ce 2-x Zr 2 O 7 … (3)
However, 0 <x <0.2.

式(3)中、xは、LaCZ粒子に含まれるLa及びCeの総モル数に対するLaのモル数を表す。xが小さくなりすぎると、LaCZ粒子の耐熱性が低下する。従って、xは、0超である必要がある。xは、好ましくは、0.05以上、さらに好ましくは、0.1以上である。
一方、xが過剰になると、LaCZ粒子の酸素吸蔵・放出能力が低下する。従って、xは、0.2未満が好ましい。xは、好ましくは、0.15以下である。
In the formula (3), x represents the number of moles of La with respect to the total number of moles of La and Ce contained in the LaCZ particles. If x becomes too small, the heat resistance of the LaCZ particles decreases. Therefore, x needs to be greater than 0. x is preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more.
On the other hand, when x becomes excessive, the oxygen storage / release capacity of LaCZ particles decreases. Therefore, x is preferably less than 0.2. x is preferably 0.15 or less.

[1.2.4. 活性層の組成]
本発明において、活性層は、所定量のScCZ粒子及び電解質粒子(B)を含み、残部がNi含有粒子(B)及び不可避的不純物からなるものが好ましい。また、活性層は、次の式(4)〜式(7)を満たしているのが好ましい。
30mass%≦u≦70mass% …(4)
10mass%≦v≦30mass% …(5)
30mass%≦w≦70mass% …(6)
u+v+w=100mass% …(7)
但し、
uは、前記活性層に含まれる前記ScCZ粒子の質量割合(mass%)。
vは、前記活性層に含まれる前記電解質粒子(B)の質量割合(mass%)、
wは、前記活性層に含まれる前記Ni含有粒子(B)の質量割合(mass%)。
[12.4. Composition of active layer]
In the present invention, the active layer preferably contains a predetermined amount of ScCZ particles and electrolyte particles (B), and the balance is composed of Ni-containing particles (B) and unavoidable impurities. Further, the active layer preferably satisfies the following formulas (4) to (7).
30 mass% ≤ u ≤ 70 mass% ... (4)
10 mass% ≤ v ≤ 30 mass% ... (5)
30 mass% ≤ w ≤ 70 mass% ... (6)
u + v + w = 100 mass% ... (7)
However,
u is the mass ratio (mass%) of the ScCZ particles contained in the active layer.
v is the mass ratio (mass%) of the electrolyte particles (B) contained in the active layer.
w is the mass ratio (mass%) of the Ni-containing particles (B) contained in the active layer.

[A. ScCZ粒子の含有量]
ScCZ粒子の含有量が少なくなりすぎると、Ni含有粒子(B)に含まれるNiの酸化を十分に抑制できなくなる。従って、ScCZ粒子の含有量は、30mass%以上が好ましい。
[A. Content of ScCZ particles]
If the content of the ScCZ particles is too small, the oxidation of Ni contained in the Ni-containing particles (B) cannot be sufficiently suppressed. Therefore, the content of ScCZ particles is preferably 30 mass% or more.

一方、ScCZ粒子の含有量が過剰になると、かえってセル全抵抗が高くなり、電極反応の効率も低下する。従って、ScCZ粒子の含有量は、70mass%以下が好ましい。ScCZ粒子の含有量は、好ましくは、60mass%以下である。 On the other hand, when the content of ScCZ particles becomes excessive, the total cell resistance increases and the efficiency of the electrode reaction also decreases. Therefore, the content of ScCZ particles is preferably 70 mass% or less. The content of ScCZ particles is preferably 60 mass% or less.

[B. 電解質粒子(B)の含有量]
電解質粒子(B)の含有量が少なくなりすぎると、イオン伝導度が低下し、反応活性点の減少及びイオン伝導距離が伸びることによるオーミック抵抗の増大を招く。従って、電解質粒子(B)の含有量は、10mass%以上が好ましい。
[B. Content of electrolyte particles (B)]
If the content of the electrolyte particles (B) is too low, the ionic conductivity is lowered, which leads to a decrease in the reaction active sites and an increase in the ohmic resistance due to an increase in the ionic conduction distance. Therefore, the content of the electrolyte particles (B) is preferably 10 mass% or more.

一方、電解質粒子(B)の含有量が過剰になると、活性層中におけるScCZ粒子の割合が少なくなるために、Ni含有粒子(B)に含まれるNiの酸化を十分に抑制できなくなる。従って、電解質粒子(B)の含有量は、30mass%以下が好ましい。 On the other hand, when the content of the electrolyte particles (B) becomes excessive, the proportion of ScCZ particles in the active layer decreases, so that the oxidation of Ni contained in the Ni-containing particles (B) cannot be sufficiently suppressed. Therefore, the content of the electrolyte particles (B) is preferably 30 mass% or less.

[C. Ni含有粒子(B)の含有量]
Ni含有粒子(B)の含有量が少なくなりすぎると、活性層の触媒活性及び電子伝導性が低下する。従って、Ni含有粒子(B)の含有量は、30mass%以上が好ましい。
一方、Ni含有粒子(B)の含有量が過剰になると、活性層中におけるScCZ粒子の割合が少なくなるために、かえってセル全抵抗が高くなり、効率も低下する。従って、Ni含有粒子(B)の含有量は、70mass%以下が好ましい。
[C. Content of Ni-containing particles (B)]
If the content of the Ni-containing particles (B) is too small, the catalytic activity and electron conductivity of the active layer will decrease. Therefore, the content of the Ni-containing particles (B) is preferably 30 mass% or more.
On the other hand, when the content of the Ni-containing particles (B) becomes excessive, the proportion of ScCZ particles in the active layer decreases, so that the total cell resistance increases and the efficiency also decreases. Therefore, the content of the Ni-containing particles (B) is preferably 70 mass% or less.

[1.2.5. 気孔率]
活性層の気孔率は、電解特性又は発電特性に影響を与える。活性層の気孔率が小さすぎると、ガスの拡散性が低下し、電極反応の効率が低下する。従って、活性層の気孔率は、15%以上が好ましい。気孔率は、好ましくは、20%以上、さらに好ましくは、25%以上である。
一方、活性層の気孔率が大きくなりすぎると、三相界面が相対的に少なくなり、かえって電極反応の効率が低下する。従って、活性層の気孔率は、40%以下が好ましい。気孔率は、好ましくは、35%以下、さらに好ましくは、30%以下である。
[1.2.5. Porosity]
The porosity of the active layer affects the electrolytic or power generation characteristics. If the porosity of the active layer is too small, the diffusivity of the gas will decrease and the efficiency of the electrode reaction will decrease. Therefore, the porosity of the active layer is preferably 15% or more. The porosity is preferably 20% or more, more preferably 25% or more.
On the other hand, if the porosity of the active layer becomes too large, the three-phase interface becomes relatively small, and the efficiency of the electrode reaction decreases. Therefore, the porosity of the active layer is preferably 40% or less. The porosity is preferably 35% or less, more preferably 30% or less.

[1.3. 用途]
本実施の形態に係る電極は、固体酸化物形電解セルの水素極、又は、固体酸化物形燃料電池の燃料極に用いることができる。
[1.3. Use]
The electrode according to this embodiment can be used as a hydrogen electrode of a solid oxide fuel cell or a fuel electrode of a solid oxide fuel cell.

[2. 電極の製造方法]
本発明に係る電極は、
(a)Ni含有粒子(A)の原料、及び、電解質粒子(A)の原料を含む原料混合物(A)を用いて拡散層成形体を作製し、
(b)拡散層成形体の表面に、Ni含有粒子(B)の原料、ScCZ粉末、及び電解質粒子(B)の原料を含む原料混合物(B)を用いて活性層成形体を形成し、
(c)得られた積層体を焼結し、
(d)得られた焼結体を還元処理する
ことにより製造することができる。
[2. Electrode manufacturing method]
The electrode according to the present invention is
(A) A diffusion layer molded body was prepared using the raw material of the Ni-containing particles (A) and the raw material mixture (A) containing the raw materials of the electrolyte particles (A).
(B) An active layer molded body is formed on the surface of the diffusion layer molded body using a raw material mixture (B) containing a raw material of Ni-containing particles (B), ScCZ powder, and a raw material of electrolyte particles (B).
(C) The obtained laminate is sintered and
(D) It can be produced by reducing the obtained sintered body.

[2.1. 拡散層成形体作製工程]
まず、Ni含有粒子(A)の原料、及び、電解質粒子(A)の原料を含む原料混合物(A)を用いて拡散層成形体を作製する(拡散層成形体作製工程)。
[2.1. Diffusion layer molded product manufacturing process]
First, a diffusion layer molded product is produced using the raw material of the Ni-containing particles (A) and the raw material mixture (A) containing the raw material of the electrolyte particles (A) (diffusion layer molded product manufacturing step).

Ni含有粒子(A)の原料の種類は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な原料を選択することができる。Ni含有粒子(A)の原料としては、例えば、NiO粉末、Fe23粉末、Fe34粉末、金属FeとNiO又は金属Niとの混合物、CoO粉末、Co23粉末などがある。
電解質粒子(A)の原料の種類は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な原料を選択することができる。
例えば、電解質粒子(A)がYSZである場合、その原料としては、
(a)目的とする組成を有するYSZ粉末、
(b)目的とする組成となるように配合されたZrO2粉末と、Y23粉末との混合物
などがある。
The type of raw material for the Ni-containing particles (A) is not particularly limited, and the optimum raw material can be selected according to the purpose. Examples of the raw material of the Ni-containing particles (A) include NiO powder, Fe 2 O 3 powder, Fe 3 O 4 powder, a mixture of metal Fe and NiO or metal Ni, CoO powder, and Co 2 O 3 powder. ..
The type of raw material for the electrolyte particles (A) is not particularly limited, and the optimum raw material can be selected according to the purpose.
For example, when the electrolyte particle (A) is YSZ, the raw material thereof is
(A) YSZ powder having the desired composition,
(B) There is a mixture of ZrO 2 powder and Y 2 O 3 powder which are blended so as to have a desired composition.

また、原料混合物(A)中には、造孔材(例えば、カーボン粉末)が含まれていても良い。原料混合物(A)中に添加されたNi含有粒子(A)の原料に含まれる金属酸化物(例えば、NiO粉末)は、焼結体作製後に還元処理される。その際、体積収縮が起こり、焼結体内に気孔が導入される。そのため、造孔材は、必ずしも必要ではない。しかし、原料混合物(A)中に造孔材を添加すると、気孔率の制御の自由度が増大する。 Further, the raw material mixture (A) may contain a pore-forming material (for example, carbon powder). The metal oxide (for example, NiO powder) contained in the raw material of the Ni-containing particles (A) added to the raw material mixture (A) is reduced after the sintered body is produced. At that time, volume shrinkage occurs and pores are introduced into the sintered body. Therefore, the pore-forming material is not always necessary. However, when the pore-forming material is added to the raw material mixture (A), the degree of freedom in controlling the porosity is increased.

拡散層成形体の作製方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。拡散層成形体の作製方法としては、例えば、
(a)原料混合物(A)を含むスラリーをテープ成形し、得られたグリーンシートを複数枚積層し、積層体を静水圧プレスして圧着させる方法、
(b)原料混合物(A)を金型でプレス成形する方法、
などがある。
The method for producing the diffusion layer molded product is not particularly limited, and the optimum method can be selected according to the purpose. As a method for producing the diffusion layer molded product, for example,
(A) A method in which a slurry containing a raw material mixture (A) is tape-molded, a plurality of obtained green sheets are laminated, and the laminated body is pressure-bonded by hydrostatic pressure pressing.
(B) A method of press-molding the raw material mixture (A) with a mold,
and so on.

[2.2. 活性層成形体作製工程]
次に、拡散層成形体の表面に、Ni含有粒子(B)の原料、ScCZ粉末、及び電解質粒子(B)の原料を含む原料混合物(B)を用いて活性層成形体を形成する(活性層成形体作製工程)。
[2.2. Active layer molded product manufacturing process]
Next, an active layer molded body is formed on the surface of the diffusion layer molded body using a raw material mixture (B) containing a raw material of Ni-containing particles (B), ScCZ powder, and a raw material of electrolyte particles (B) (activity). Layer molded body manufacturing process).

活性層を形成するための原料としてCZ粉末とSc源との混合物を用いると、焼成中にCZが分解するおそれがある。従って、活性層を作製するための原料には、所定量のScがドープされたScCZ粉末を用いるのが好ましい。
さらに、原料混合物(A)と同様の理由から、原料混合物(B)中には、造孔材(例えば、カーボン粉末)が含まれていても良い。
なお、Ni含有粒子(B)の原料及び電解質粒子(B)の原料の詳細については、それぞれ、Ni含有粒子(A)の原料及び電解質粒子(A)の原料と同様であるので、説明を省略する。
If a mixture of CZ powder and Sc source is used as a raw material for forming the active layer, CZ may be decomposed during firing. Therefore, it is preferable to use ScCZ powder doped with a predetermined amount of Sc as a raw material for producing the active layer.
Further, for the same reason as the raw material mixture (A), the raw material mixture (B) may contain a pore-forming material (for example, carbon powder).
The details of the raw material of the Ni-containing particles (B) and the raw material of the electrolyte particles (B) are the same as those of the raw material of the Ni-containing particles (A) and the raw material of the electrolyte particles (A), respectively, and thus the description thereof is omitted. do.

活性層成形体の作製方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。活性層成形体の作製方法としては、例えば、
(a)原料混合物(B)を含むスラリーをテープ成形し、得られたグリーンシートを拡散層成形体の上に積層し、積層体を静水圧プレスして圧着させる方法、
(b)原料混合物(B)を含むスラリーを作製し、拡散層成形体の表面にスラリーをスクリーン印刷する方法、
などがある。
The method for producing the active layer molded product is not particularly limited, and the optimum method can be selected according to the purpose. As a method for producing the active layer molded product, for example,
(A) A method in which a slurry containing a raw material mixture (B) is tape-molded, the obtained green sheet is laminated on a diffusion layer molded body, and the laminated body is pressure-bonded by hydrostatic pressure pressing.
(B) A method of preparing a slurry containing the raw material mixture (B) and screen-printing the slurry on the surface of the diffusion layer molded product.
and so on.

[2.3. 焼結工程]
次に、得られた積層体を焼結させる(焼結工程)。焼結条件は、原料組成に応じて最適な条件を選択するのが好ましい。焼結は、通常、大気雰囲気下において、1000℃〜1500℃で1時間〜5時間行うのが好ましい。
原料混合物中に2種以上の酸化物が含まれている場合、焼結中に固相反応が進行し、所定の組成を有する固溶体が生成する場合がある。また、原料混合物中に造孔材が含まれている場合、焼結時に造孔材が消失し、焼結体内に気孔が形成される。
[2.3. Sintering process]
Next, the obtained laminate is sintered (sintering step). As for the sintering conditions, it is preferable to select the optimum conditions according to the raw material composition. Sintering is usually preferably carried out at 1000 ° C. to 1500 ° C. for 1 hour to 5 hours in an atmospheric atmosphere.
When two or more kinds of oxides are contained in the raw material mixture, a solid phase reaction may proceed during sintering to form a solid solution having a predetermined composition. Further, when the pore-forming material is contained in the raw material mixture, the pore-forming material disappears at the time of sintering, and pores are formed in the sintered body.

[2.4. 還元工程]
次に、得られた焼結体を還元処理する(還元工程)。これにより、本発明に係る電極が得られる。還元処理は、焼結体中に含まれるNiO等の金属酸化物を還元し、Ni含有粒子(A)及びNi含有粒子(B)を生成させるために行われる。還元条件は、特に限定されるものではなく、電極の組成に応じて最適な条件を選択するのが好ましい。
なお、固体酸化物形電解セルは、後述するように、水素極(カソード)/電解質層/反応防止層/酸素極(アノード)の接合体からなる。水素極の還元は、通常、各層を接合した後に行われる。この点は、固体酸化物形燃料電池セルも同様である。
[2.4. Reduction process]
Next, the obtained sintered body is reduced (reduction step). As a result, the electrode according to the present invention can be obtained. The reduction treatment is performed to reduce metal oxides such as NiO contained in the sintered body to generate Ni-containing particles (A) and Ni-containing particles (B). The reduction conditions are not particularly limited, and it is preferable to select the optimum conditions according to the composition of the electrode.
As will be described later, the solid oxide type electrolytic cell is composed of a conjugate of a hydrogen electrode (cathode) / electrolyte layer / reaction prevention layer / oxygen electrode (anode). The reduction of the hydrogen electrode is usually carried out after joining the layers. This point is the same for the solid oxide fuel cell.

[3. 固体酸化物形電解セル及び固体高分子形燃料電池セル]
図2に、Ni/(ScCZ+YSZ)を活性層に用いた固体酸化物形電解セルの模式図を示す。図2において、固体酸化物形電解セル(SOEC)10は、
電解質12と、
電解質12の一方の面に接合された水素極14と、
電解質12の他方の面に接合された酸素極16と、
電解質12と酸素極16との間に挿入された中間層18と
を備えている。
[3. Solid oxide electrolytic cell and polymer electrolyte fuel cell]
FIG. 2 shows a schematic diagram of a solid oxide type electrolytic cell using Ni / (ScCZ + YSZ) as an active layer. In FIG. 2, the solid oxide fuel cell (SOEC) 10 is
Electrolyte 12 and
A hydrogen electrode 14 bonded to one surface of the electrolyte 12 and
An oxygen electrode 16 bonded to the other surface of the electrolyte 12 and
It includes an intermediate layer 18 inserted between the electrolyte 12 and the oxygen electrode 16.

水素極14には、本発明に係る電極が用いられる。すなわち、水素極14は、活性層14aと、活性層14aを支持する拡散層14bとの積層体からなる。なお、図2において、活性層14aは、Ni粒子と、ScCZ粒子と、YSZ粒子とを含むサーメット(B)からなる。
電解質12、酸素極16、及び中間層18の材料は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な材料を選択することができる。
The electrode according to the present invention is used for the hydrogen electrode 14. That is, the hydrogen electrode 14 is composed of a laminate of the active layer 14a and the diffusion layer 14b supporting the active layer 14a. In FIG. 2, the active layer 14a is composed of a cermet (B) containing Ni particles, ScCZ particles, and YSZ particles.
The materials of the electrolyte 12, the oxygen electrode 16, and the intermediate layer 18 are not particularly limited, and the optimum material can be selected according to the purpose.

例えば、電解質12には、YSZなどを用いることができる。
酸素極16には、(La,Sr)CoO3(LSC)、(La,Sr)(Co,Fe)O3(LSCF)、(La,Sr)MnO3(LSM)などを用いることができる。
中間層18は、電解質12と酸素極16とが直接、接触することにより生じる反応を防止するための層であり、必要に応じて挿入される。例えば、電解質12がYSZであり、酸素極16がLSCである場合、中間層18には、GdドープCeO2(GDC)を用いるのが好ましい。
For example, YSZ or the like can be used as the electrolyte 12.
As the oxygen electrode 16, (La, Sr) CoO 3 (LSC), (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (LSCF), (La, Sr) MnO 3 (LSM) and the like can be used.
The intermediate layer 18 is a layer for preventing a reaction caused by direct contact between the electrolyte 12 and the oxygen electrode 16, and is inserted as necessary. For example, when the electrolyte 12 is YSZ and the oxygen electrode 16 is LSC, it is preferable to use Gd-doped CeO 2 (GDC) for the intermediate layer 18.

なお、上述したように、本発明に係る電極は、固体酸化物形燃料電池セル(SOFC)の燃料極に用いることができる。SOFCは、用途が異なる以外は、SOEC10と同一の構造を備えているので、詳細な説明を省略する。 As described above, the electrode according to the present invention can be used as a fuel electrode of a solid oxide fuel cell (SOFC). Since the SOFC has the same structure as the SOEC 10 except for different uses, detailed description thereof will be omitted.

[3. 作用]
図3に、Ni/YSZを活性層に用いた従来の固体酸化物形電解セルの模式図を示す。従来のSOEC10’は、電解質12と、電解質12の一方の面に接合された水素極14’と、電解質12の他方の面に接合された酸素極16と、電解質12と酸素極16との間に挿入された中間層18とを備えている。従来のSOEC10’は、水素極14’として、Ni−YSZサーメットが用いられている。
[3. Action]
FIG. 3 shows a schematic diagram of a conventional solid oxide fuel cell electrolytic cell using Ni / YSZ as an active layer. The conventional SOIC 10'is between the electrolyte 12, the hydrogen electrode 14'bonded to one surface of the electrolyte 12, the oxygen electrode 16 bonded to the other surface of the electrolyte 12, and the electrolyte 12 and the oxygen electrode 16. It has an intermediate layer 18 inserted into the. In the conventional SOCC 10', Ni-YSZ cermet is used as the hydrogen electrode 14'.

水素極14’がNi−YSZサーメットからなるSOEC10’において、水素極14’にH2Oを供給し、水素極14’−酸素極16間に電流を流すと、水素極14’では、次の式(8)に示す還元反応が進行する。
2O+2e- → H2+O2- …(8)
When H 2 O is supplied to the hydrogen pole 14'and a current is passed between the hydrogen pole 14' and the oxygen pole 16 in the SOC 10'where the hydrogen pole 14'is made of Ni-YSZ cermet, the next hydrogen pole 14' The reduction reaction represented by the formula (8) proceeds.
H 2 O + 2e - → H 2 + O 2- ... (8)

しかし、SOEC10’を用いた水電解においては、水素極14’に、原料となる高温(700℃以上)の水蒸気が供給される。そのため、水素極14’に含まれるNiが容易に酸化され、NiOが形成される。NiOは絶縁体であるため、NiOが形成されると、その部分では電子パスが途絶え、電極反応が進行しなくなる。その結果、電解特性は低下する。
この点は、SOFCも同様である。すなわち、SOFCのアノード(燃料極)においては、電極反応により水が生成する。そのため、特に、高負荷運転条件下において、生成した水により燃料極中のNiが酸化され、発電特性が低下する場合がある。
However, in water electrolysis using SOCE10', high-temperature (700 ° C. or higher) steam as a raw material is supplied to the hydrogen electrode 14'. Therefore, Ni contained in the hydrogen electrode 14'is easily oxidized to form NiO. Since NiO is an insulator, when NiO is formed, the electron path is interrupted at that portion and the electrode reaction does not proceed. As a result, the electrolytic properties are reduced.
This point is the same for SOFC. That is, at the anode (fuel electrode) of the SOFC, water is generated by the electrode reaction. Therefore, in particular, under high load operating conditions, the generated water may oxidize Ni in the fuel electrode, resulting in deterioration of power generation characteristics.

この問題を解決するために、水素極にCeO2−ZrO2固溶体(CZ)を添加することが有効である。CZは、酸化物イオン伝導体としての機能に加えて、酸素吸蔵・放出能を持つ。そのため、Ni/YSZサーメットからなる電極にCZを添加すると、Niの酸化をある程度抑制することができる。
しかしながら、Ni、YSZ、及びCZの混合物を焼成して電極を作製する場合、CZが高温に曝されるために、CZの一部が分解し、別の相が生成する場合がある。CZの分解が進行すると、酸素吸蔵・放出能力が低下し、Niの酸化を抑制する効果が低下する。
In order to solve this problem, it is effective to add a CeO 2- ZrO 2 solid solution (CZ) to the hydrogen electrode. In addition to its function as an oxide ion conductor, CZ has the ability to store and release oxygen. Therefore, when CZ is added to the electrode made of Ni / YSZ cermet, the oxidation of Ni can be suppressed to some extent.
However, when a mixture of Ni, YSZ, and CZ is fired to prepare an electrode, a part of CZ may be decomposed to form another phase because the CZ is exposed to a high temperature. As the decomposition of CZ progresses, the oxygen storage / release capacity decreases, and the effect of suppressing the oxidation of Ni decreases.

一方、LaドープCeO2−ZrO2固溶体(LaCZ)は、CZに比べて結晶構造の熱的安定性が高い。そのため、Ni、YSZ、及びLaCZの混合物を高温で焼成した場合であっても、LaCZの分解が抑制される。LaCZの分解が抑制された電極は、高い酸素吸蔵・放出能力が維持される。そのため、これを用いて水蒸気電解又は発電を行うと、Niの酸化が抑制され、電解性能又は発電性能が向上する。しかしながら、LaCZを含む電極の耐酸化性は、不十分である。 On the other hand, the La-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution (LaCZ) has a higher thermal stability of the crystal structure than the CZ. Therefore, even when the mixture of Ni, YSZ, and LaCZ is fired at a high temperature, the decomposition of LaCZ is suppressed. The electrode in which the decomposition of LaCZ is suppressed maintains a high oxygen storage / release capacity. Therefore, when steam electrolysis or power generation is performed using this, oxidation of Ni is suppressed, and electrolysis performance or power generation performance is improved. However, the oxidation resistance of the electrode containing LaCZ is insufficient.

これに対し、ScドープCeO2−ZrO2固溶体(ScCZ)は、CZに比べて結晶構造の熱的安定性が高い。さらに、ScCZは、LaCZに比べてNiの酸化を抑制する効果が格段に高い。そのため、Ni及びScCZを含む電極を用いて水蒸気電解又は発電を行うと、Niの酸化が格段に抑制される。 On the other hand, the Sc-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution (ScCZ) has a higher thermal stability of the crystal structure than the CZ. Furthermore, ScCZ is significantly more effective in suppressing the oxidation of Ni than LaCZ. Therefore, when steam electrolysis or power generation is performed using an electrode containing Ni and ScCZ, the oxidation of Ni is remarkably suppressed.

図4に、ScCZによるNi酸化抑制メカニズムの模式図を示す。SOECセルにおいて、水素極へのScCZの添加によりNiの酸化が格段に抑制されるのは、以下の理由によると考えられる。 FIG. 4 shows a schematic diagram of the Ni oxidation suppression mechanism by ScCZ. It is considered that the reason why the oxidation of Ni is remarkably suppressed by the addition of ScCZ to the hydrogen electrode in the SOEC cell is as follows.

[A. ScCZによる酸素イオンの固定]
NiとScCZを含む水素極が高温の水蒸気に曝されると、Niが酸化され、Ni粒子の表面がNiOで被覆された状態となる(ステップ1)。この時、Ni粒子の近傍にScCZ粒子があると、NiOから酸素原子又は酸素イオンがスピルオーバーする(ステップ2)。そのトリガーとなるのは、ScCZの酸素吸蔵能力と考えられる。
[A. Fixation of oxygen ions by ScCZ]
When the hydrogen electrode containing Ni and ScCZ is exposed to high-temperature water vapor, Ni is oxidized and the surface of the Ni particles is covered with NiO (step 1). At this time, if there are ScCZ particles in the vicinity of the Ni particles, oxygen atoms or oxygen ions spill over from NiO (step 2). The trigger is considered to be the oxygen storage capacity of ScCZ.

[B. ScCZによる還元雰囲気の生成]
NiOからスピルオーバーした酸素は、ScCZに一時的にトラップされる(ステップ3)。水素極は生成したH2によって還元雰囲気になっているが、還元雰囲気下では、ScCZはトラップした酸素原子又は酸素イオンを酸素分子として容易に放出する。ScCZから放出された酸素分子は、Niを再酸化させる前に、拡散層を通って系外に排出される(ステップ4)。以下、このようなステップ1〜4が繰り返されることにより、Ni酸化が抑制されると考えられる。
[B. Generation of reducing atmosphere by ScCZ]
Oxygen spilled over from NiO is temporarily trapped in ScCZ (step 3). The hydrogen electrode is in a reducing atmosphere due to the generated H 2 , but in the reducing atmosphere, ScCZ easily releases trapped oxygen atoms or oxygen ions as oxygen molecules. The oxygen molecules released from ScCZ are discharged out of the system through the diffusion layer before reoxidizing Ni (step 4). Hereinafter, it is considered that Ni oxidation is suppressed by repeating such steps 1 to 4.

[C. Niの電子状態の変化]
後述するように、Ni/YSZサーメット中に存在するNiの電子状態は、Niが単独で存在する時の電子状態とほとんど変わらない。一方、Ni/ScCZサーメット中に存在するNiの電子状態は、Niが単独で存在する時の電子状態とは異なっている。Ni/ScCZサーメットがNi/YSZサーメットやNi/LaCZサーメットよりも各段に優れた耐酸化性を示すのは、NiとScCZとが共存することによって、Niの電子状態が変化するためと考えられる。
この点は、電極触媒としてNi以外の元素を含むNi含有粒子(B)を用いた場合も同様であり、Ni含有粒子(B)とScCZとを共存させると、Ni含有粒子(B)に含まれるNiの電子状態が変化し、これによってNi含有粒子(B)に含まれるNiの酸化が抑制されると考えられる。
[C. Changes in the electronic state of Ni]
As will be described later, the electronic state of Ni existing in the Ni / YSZ cermet is almost the same as the electronic state when Ni is present alone. On the other hand, the electronic state of Ni existing in the Ni / ScCZ cermet is different from the electronic state when Ni is present alone. It is considered that the reason why Ni / ScCZ cermet shows superior oxidation resistance to Ni / YSZ cermet and Ni / LaCZ cermet is that the electronic state of Ni changes due to the coexistence of Ni and ScCZ. ..
This point is the same when Ni-containing particles (B) containing an element other than Ni are used as the electrode catalyst, and when Ni-containing particles (B) and ScCZ coexist, they are contained in Ni-containing particles (B). It is considered that the electronic state of Ni is changed, which suppresses the oxidation of Ni contained in the Ni-containing particles (B).

(実験No.1〜4)
[1. 試料の作製]
[1.1. Ni酸化率、及びXAFS測定用試料の作製]
電解質源には、
(a)Sc0.132Ce0.104Zr0.7642固溶体からなるScCZ粉末(実験No.1)、
(b)Y0.158Zr0.8422固溶体からなるYSZ粉末(実験No.2)、
(c)La0.25Ce0.25Zr0.52固溶体からなるLaCZ粉末(実験No.3)、又は、
(d)Ce0.118Zr0.8822固溶体からなるCZ粉末(実験No.4)
を用いた。
また、Ni源には、NiO粉末を用いた。
(Experiment Nos. 1 to 4)
[1. Preparation of sample]
[1.1. Preparation of sample for Ni oxidation rate and XAFS measurement]
For the electrolyte source,
(A) ScCZ powder (Experiment No. 1) composed of Sc 0.132 Ce 0.104 Zr 0.764 O 2 solid solution,
(B) YSZ powder (Experiment No. 2) composed of Y 0.158 Zr 0.842 O 2 solid solution,
(C) LaCZ powder (Experiment No. 3) composed of La 0.25 Ce 0.25 Zr 0.5 O 2 solid solution, or
(D) CZ powder composed of Ce 0.118 Zr 0.882 O 2 solid solution (Experiment No. 4)
Was used.
Further, NiO powder was used as the Ni source.

電解質源及びNiO粉末を質量比で1:1となるように配合し、混合粉末(以下、これを「電極材」ともいう)を得た。
0.8mgの電極材と、40mgのθアルミナ粉末とを混合し、加圧してφ10mm、厚さ0.5mmの圧粉成形体を作製した。
The electrolyte source and NiO powder were blended in a mass ratio of 1: 1 to obtain a mixed powder (hereinafter, also referred to as “electrode material”).
0.8 mg of the electrode material and 40 mg of the θ-alumina powder were mixed and pressed to prepare a powder compact having a diameter of 10 mm and a thickness of 0.5 mm.

[1.2. 酸素吸蔵量測定用試料の作製]
電解質粉末をそのまま酸素吸蔵量の測定に供した。
[1.2. Preparation of sample for measuring oxygen occlusion]
The electrolyte powder was used as it was for measuring the oxygen occlusion amount.

[2. 試験方法]
[2.1. Ni酸化率、及びXAFSスペクトルの測定]
電極材を含む圧粉成形体を石英製のX線吸収微構造(XAFS)測定用セルにセットした。4%H2/Heバランスガス(総量100cc/min)をセル内に導入し、780℃まで温度を上昇させた(60℃/min)。その後、700℃に降温し、1分間、Heガスでパージした。次に、セル内の雰囲気を、2%O2/Heガス(加湿無)、又は、2%O2+3%H2O/Heガス(加湿有)の酸化雰囲気に切り替えた。
[2. Test method]
[2.1. Measurement of Ni oxidation rate and XAFS spectrum]
The powder compact containing the electrode material was set in a quartz cell for measuring X-ray absorption fine structure (XAFS). A 4% H 2 / He balance gas (total amount 100 cc / min) was introduced into the cell and the temperature was raised to 780 ° C. (60 ° C./min). Then, the temperature was lowered to 700 ° C., and the mixture was purged with He gas for 1 minute. Next, the atmosphere in the cell was switched to an oxidizing atmosphere of 2% O 2 / He gas (without humidification) or 2% O 2 + 3% H 2 O / He gas (with humidification).

XAFSスペクトルは、Heパージを開始した時から測定した。また、リファレンススペクトルとして、NiとNiOを使用した。表1に、XAFS測定条件の詳細を示す。
さらに、XAFSスペクトルから、Ni酸化率を算出した。Ni及びNiOのXAFSスペクトルを用いて、線形最小二乗フィッティングによりNiO/Ni比を求め、これをNi酸化率とした。
The XAFS spectrum was measured from the time the He purge was started. In addition, Ni and NiO were used as reference spectra. Table 1 shows the details of the XAFS measurement conditions.
Further, the Ni oxidation rate was calculated from the XAFS spectrum. Using the XAFS spectra of Ni and NiO, the NiO / Ni ratio was obtained by linear least squares fitting, and this was taken as the Ni oxidation rate.

Figure 2021161467
Figure 2021161467

[2.2. 酸素吸蔵量]
熱重量分析計を用いて、ScCZ粉末及びCZ粉末の酸素吸蔵量を測定した。H2(5%)/N2雰囲気とO2(5%)/N2雰囲気を5分毎に3回切り替える変動雰囲気下(すなわち、H2雰囲気で5分間保持→O2雰囲気下で5分保持→H2雰囲気下で5分保持)で試料の重量の増減を測定した。2回目のH2(5%)/N2還元時の重量減少を酸素吸蔵量の代表値とした。試料量は15mg、ガス流量は100mL/min、測定温度は700℃とした。
[2.2. Oxygen occlusion]
The oxygen occlusion of ScCZ powder and CZ powder was measured using a thermogravimetric analyzer. H 2 (5%) / N 2 atmosphere and O 2 (5%) / N 2 atmosphere are switched 3 times every 5 minutes. Under a fluctuating atmosphere (that is, hold for 5 minutes in H 2 atmosphere → 5 minutes in O 2 atmosphere. holding → were measured an increase or decrease in weight of the sample with H 2 in an atmosphere 5 min hold). The weight loss at the time of the second H 2 (5%) / N 2 reduction was taken as the representative value of the oxygen storage amount. The sample amount was 15 mg, the gas flow rate was 100 mL / min, and the measurement temperature was 700 ° C.

[3. 結果]
[3.1. Ni酸化率]
図5に、温度700℃、酸化雰囲気(加湿有又は加湿無)下における各種電極のNi酸化率を示す。図5より、以下のことが分かる。
[3. result]
[3.1. Ni oxidation rate]
FIG. 5 shows the Ni oxidation rates of various electrodes under an oxidizing atmosphere (with or without humidification) at a temperature of 700 ° C. From FIG. 5, the following can be seen.

(1)加湿無しの場合、Ni/YSZ(実験No.2)は、時間の経過と共に、Ni酸化率が増大した。Ni/LaCZ(実験No.3)は、Ni/YSZに比べてNi酸化が抑制されたが、Niの酸化を完全に抑制することはできなかった。
(2)雰囲気中に水蒸気を添加(3%H2O)した場合、Ni/LaCZは、加湿無に比べてNi酸化がさらに進行した。この点は、図示はしないが、Ni/YSZも同様であった。Ni/YSZ及びNi/LaCZのいずれも、加湿有のNi酸化率は、加湿無のそれに比べて約20%増加した。
(3)Ni/ScCZ(実験No.1)は、Ni/YSZ及びNi/LaCZに比べてNi酸化が著しく抑制された。酸化雰囲気下で50分保持後のNi/ScCZのNi酸化率は、加湿の有無に関わらず、1%未満であった。
(1) In the case of no humidification, the Ni oxidation rate of Ni / YSZ (Experiment No. 2) increased with the passage of time. Ni / LaCZ (Experiment No. 3) suppressed Ni oxidation as compared with Ni / YSZ, but could not completely suppress Ni oxidation.
(2) When water vapor was added to the atmosphere (3% H 2 O), Ni / LaCZ further proceeded with Ni oxidation as compared with no humidification. Although not shown, this point was the same for Ni / YSZ. In both Ni / YSZ and Ni / LaCZ, the Ni oxidation rate with humidification increased by about 20% as compared with that without humidification.
(3) In Ni / ScCZ (Experiment No. 1), Ni oxidation was remarkably suppressed as compared with Ni / YSZ and Ni / LaCZ. The Ni oxidation rate of Ni / ScCZ after holding for 50 minutes in an oxidizing atmosphere was less than 1% regardless of the presence or absence of humidification.

[3.2. XAFSスペクトル]
図6に、Ni/YSZ(Y0.158Zr0.8422)のXAFSスペクトルを示す。図7に、Ni/ScCZ(Sc0.132Ce0.104Zr0.7642)のXAFSスペクトルを示す。図6及び図7より、以下のことが分かる。
(1)Ni/YSZ中のNi(0分)のXAFSスペクトルは、リファレンスのNi金属と同じスペクトルを示した。
(2)Ni/ScCZ中のNi(0分)のXAFSスペクトルは、明らかにNi金属とは異なるスペクトルを示した。ScCZによりNi酸化が抑制されるのは、NiとScCZとを共存させることによりNiの電子状態が変わり、酸化雰囲気でもNiOになりにくくなったため(すなわち、Niの酸化還元電位が変化したため)と考えられる。
[3.2. XAFS spectrum]
FIG. 6 shows the XAFS spectrum of Ni / YSZ (Y 0.158 Zr 0.842 O 2). FIG. 7 shows the XAFS spectrum of Ni / ScCZ (Sc 0.132 Ce 0.104 Zr 0.764 O 2). The following can be seen from FIGS. 6 and 7.
(1) The XAFS spectrum of Ni (0 minutes) in Ni / YSZ showed the same spectrum as the reference Ni metal.
(2) The XAFS spectrum of Ni (0 minutes) in Ni / ScCZ clearly showed a spectrum different from that of Ni metal. It is considered that the reason why Ni oxidation is suppressed by ScCZ is that the coexistence of Ni and ScCZ changes the electronic state of Ni and makes it difficult to become NiO even in an oxidizing atmosphere (that is, the oxidation-reduction potential of Ni changes). Be done.

[3.3. 酸素吸蔵量]
図8に、ScCZ(Sc0.132Ce0.104Zr0.7642)及びCZ(Ce0.118Zr0.8822)の酸素吸蔵量を示す。図8より、以下のことが分かる。
(1)CZ(実験No.4)の700℃における酸素吸蔵量は、0.033mgであった。一方、ScCZの700℃における酸素吸蔵量は、0.047mgであった。各電極材の酸素吸蔵能力の大きさは、Ni酸化の抑制効果の大きさに対応していると考えられる。
(2)図示はしないが、YSZ(YドープZrO2)、ScZ(ScドープZrO2)、及びScC(ScドープCeO2)のいずれも、Ce3+⇔Ce4+による酸素吸蔵効果はなく、酸素吸蔵量はゼロであった。
(3)CZに含まれるCeの一部をScで置換すると、酸素吸蔵量が増加し、さらにNiの電子状態も変化する。その結果として、Niが酸化されにくくなったと推測される。
[3.3. Oxygen occlusion]
FIG. 8 shows the oxygen occlusion of ScCZ (Sc 0.132 Ce 0.104 Zr 0.764 O 2 ) and CZ (Ce 0.118 Zr 0.882 O 2). From FIG. 8, the following can be seen.
(1) The oxygen occlusion amount of CZ (Experiment No. 4) at 700 ° C. was 0.033 mg. On the other hand, the oxygen occlusion amount of ScCZ at 700 ° C. was 0.047 mg. It is considered that the magnitude of the oxygen storage capacity of each electrode material corresponds to the magnitude of the effect of suppressing Ni oxidation.
(2) Although not shown, none of YSZ (Y-doped ZrO 2 ), ScZ (Sc-doped ZrO 2 ), and ScC (Sc-doped CeO 2 ) has an oxygen occlusion effect due to Ce 3+Ce 4+. The amount of oxygen stored was zero.
(3) When a part of Ce contained in CZ is replaced with Sc, the oxygen occlusion amount increases and the electronic state of Ni also changes. As a result, it is presumed that Ni is less likely to be oxidized.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要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 of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明に係る電極は、固体酸化物形電解セルの水素極、あるいは、固体酸化物形燃料電池の燃料極として使用することができる。 The electrode according to the present invention can be used as a hydrogen electrode of a solid oxide fuel cell or a fuel electrode of a solid oxide fuel cell.

Claims (7)

以下の構成を備えた電極。
(1)前記電極は、
拡散層と、
前記拡散層の電解質層側表面に形成された活性層と
を備えている。
(2)前記活性層は、
Ni含有粒子(B)と、
ScドープCeO2−ZrO2固溶体からなるScCZ粒子と、
前記ScドープCeO2−ZrO2固溶体以外の固体酸化物からなる電解質粒子(B)と
を含むサーメット(B)からなる。
An electrode having the following configuration.
(1) The electrode is
Diffusion layer and
It includes an active layer formed on the electrolyte layer side surface of the diffusion layer.
(2) The active layer is
Ni-containing particles (B) and
ScCZ particles composed of Sc-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution,
It is composed of a cermet (B) containing electrolyte particles (B) made of a solid oxide other than the Sc-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution.
前記ScCZ粒子は、次の式(2)で表される組成を有する請求項1に記載の電極。
ScxCeyZr1-(x+y)2 …(2)
但し、0.06≦x≦0.19、0.05≦y≦0.15。
The electrode according to claim 1, wherein the ScCZ particles have a composition represented by the following formula (2).
Sc x Ce y Zr 1- (x + y) O 2 ... (2)
However, 0.06 ≦ x ≦ 0.19 and 0.05 ≦ y ≦ 0.15.
前記Ni含有粒子(B)は、Ni又はNi−Fe合金からなる請求項1又は2に記載の電極。 The electrode according to claim 1 or 2, wherein the Ni-containing particles (B) are made of a Ni or Ni—Fe alloy. 前記電解質粒子(B)は、
イットリア安定化ジルコニアからなるYSZ粒子、及び/又は、
LaドープCeO2−ZrO2固溶体からなるLaCZ粒子
からなる請求項1から3までのいずれか1項に記載の電極。
The electrolyte particles (B) are
YTSZ particles consisting of yttria-stabilized zirconia and / or
The electrode according to any one of claims 1 to 3, which is made of LaCZ particles made of a La-doped CeO 2- ZrO 2 solid solution.
前記YSZ粒子は、3mol%以上15mol%以下のY23を含む請求項4に記載の電極。 The electrode according to claim 4, wherein the YSZ particles contain Y 2 O 3 of 3 mol% or more and 15 mol% or less. 前記活性層は、次の式(4)〜式(7)を満たす請求項1から5までのいずれか1項に記載の電極。
30mass%≦u≦70mass% …(4)
10mass%≦v≦30mass% …(5)
30mass%≦w≦70mass% …(6)
u+v+w=100mass% …(7)
但し、
uは、前記活性層に含まれる前記ScCZ粒子の質量割合(mass%)。
vは、前記活性層に含まれる前記電解質粒子(B)の質量割合(mass%)、
wは、前記活性層に含まれる前記Ni含有粒子(B)の質量割合(mass%)。
The electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the active layer satisfies the following formulas (4) to (7).
30 mass% ≤ u ≤ 70 mass% ... (4)
10 mass% ≤ v ≤ 30 mass% ... (5)
30 mass% ≤ w ≤ 70 mass% ... (6)
u + v + w = 100 mass% ... (7)
However,
u is the mass ratio (mass%) of the ScCZ particles contained in the active layer.
v is the mass ratio (mass%) of the electrolyte particles (B) contained in the active layer.
w is the mass ratio (mass%) of the Ni-containing particles (B) contained in the active layer.
固体酸化物形電解セルの水素極、又は、固体酸化物形燃料電池の燃料極に用いられる請求項1から6までのいずれか1項に記載の電極。 The electrode according to any one of claims 1 to 6, which is used for a hydrogen electrode of a solid oxide fuel cell or a fuel electrode of a solid oxide fuel cell.
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