JP3327789B2 - 固体電解質型電気化学セルの電極 - Google Patents
固体電解質型電気化学セルの電極Info
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- JP3327789B2 JP3327789B2 JP27567896A JP27567896A JP3327789B2 JP 3327789 B2 JP3327789 B2 JP 3327789B2 JP 27567896 A JP27567896 A JP 27567896A JP 27567896 A JP27567896 A JP 27567896A JP 3327789 B2 JP3327789 B2 JP 3327789B2
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- electrodes
- thermal expansion
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体電解質型燃料電
池あるいは固体電解質型高温水蒸気電解装置におけるよ
うな電気化学セルの電極に関する。
池あるいは固体電解質型高温水蒸気電解装置におけるよ
うな電気化学セルの電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下、固体電解質型電気化学セルとして
固体電解質型燃料電池（以下、ＳＯＦＣと略す）を例に
採って説明する。従来のＳＯＦＣの電極はＹ2 Ｏ3 で完
全に安定化されたＺｒＯ2 （以下、ＹＳＺと略す）とＮ
ｉＯの混合物を用いていた。電極としてはＮｉＯのみで
機能を果すと考えられるが、ＳＯＦＣは発電時には９０
０〜１０００℃に保持しなければならず、また開放点検
時には常温まで降温させる必要があり、そのため、ＳＯ
ＦＣの構成部材は熱膨張係数が互いに近くする必要があ
るため、ＮｉＯにＹＳＺの添加を行なっているのが現状
である。
固体電解質型燃料電池（以下、ＳＯＦＣと略す）を例に
採って説明する。従来のＳＯＦＣの電極はＹ2 Ｏ3 で完
全に安定化されたＺｒＯ2 （以下、ＹＳＺと略す）とＮ
ｉＯの混合物を用いていた。電極としてはＮｉＯのみで
機能を果すと考えられるが、ＳＯＦＣは発電時には９０
０〜１０００℃に保持しなければならず、また開放点検
時には常温まで降温させる必要があり、そのため、ＳＯ
ＦＣの構成部材は熱膨張係数が互いに近くする必要があ
るため、ＮｉＯにＹＳＺの添加を行なっているのが現状
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＯＦ
Ｃは他の構成部材と熱膨張係数が近似しているだけでは
十分でなく、ＳＯＦＣの性能上、電極は導電率が高い必
要がある。これは電極の導電率が低いとＳＯＦＣの抵抗
が高くなり、エネルギの損失が大きくなるからである。
このエネルギ損失を少なくするためには電極、特に燃料
極側の電極ではＮｉＯ含有量を多くして発電時に導電性
を確保するＮｉ量を増やす必要があるが、ＮｉＯ含有率
を多くするとＹＳＺを添加しても熱膨張係数が他の構成
部材と一致せず、昇降温時にＳＯＦＣが破損する可能性
が大きくなるという問題が発生する。
Ｃは他の構成部材と熱膨張係数が近似しているだけでは
十分でなく、ＳＯＦＣの性能上、電極は導電率が高い必
要がある。これは電極の導電率が低いとＳＯＦＣの抵抗
が高くなり、エネルギの損失が大きくなるからである。
このエネルギ損失を少なくするためには電極、特に燃料
極側の電極ではＮｉＯ含有量を多くして発電時に導電性
を確保するＮｉ量を増やす必要があるが、ＮｉＯ含有率
を多くするとＹＳＺを添加しても熱膨張係数が他の構成
部材と一致せず、昇降温時にＳＯＦＣが破損する可能性
が大きくなるという問題が発生する。
【０００４】本発明は上記技術水準に鑑み、従来の固体
電解質型電気化学セルの電極に要望される物性、すなわ
ち他の構成部材の熱膨張係数との近似性及び高い導電率
を有する同電気化学セルの電極を提供しようとするもの
である。
電解質型電気化学セルの電極に要望される物性、すなわ
ち他の構成部材の熱膨張係数との近似性及び高い導電率
を有する同電気化学セルの電極を提供しようとするもの
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は２０〜６０ｖｏ
ｌ％のＮｉＡｌ 2 Ｏ 4 及び残りＮｉＯよりなることを特
徴とするＹ2 Ｏ3 で完全に安定化されたＺｒＯ2 を固体
電解質とする電気化学セルの電極である。
ｌ％のＮｉＡｌ 2 Ｏ 4 及び残りＮｉＯよりなることを特
徴とするＹ2 Ｏ3 で完全に安定化されたＺｒＯ2 を固体
電解質とする電気化学セルの電極である。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明では、昇降温時のセルの損
傷をなくすために、先ず燃料側の電極の熱膨張係数を他
の構成部材（特にＹＳＺ：熱膨張係数１０×１０-6／
Ｋ）のそれに近付けるようにした。そのため、本発明で
は、ＮｉＡｌ2 Ｏ4 とＮｉＯを混合した材料を電極材料
として選定した。これらの材料中で、ＮｉＯは電極の機
能的な部分、すなわち電子導電性と酸素の酸化反応を担
当し、電極として必要不可欠であるが熱膨張係数が１４
×１０-6／Ｋと非常に高い。また、ＮｉＡｌ2 Ｏ4 は従
来技術においてＹＳＺが行っていた役割を果たすもの
で、他の構成材料との熱膨張係数の一致化を狙いとして
混合する材料で熱膨張係数が低い特徴がある。すなわ
ち、ＹＳＺの熱膨張係数が１０×１０-6／Ｋであり、Ｎ
ｉＡｌ2 Ｏ4 は７．６×１０-6／Ｋである。ＮｉＡｌ2
Ｏ4 の添加量が２０ｖｏｌ％未満では割れが発生し、添
加量が６０ｖｏｌ％を超えて多いとＮｉＯ量が少ないた
めに導電性が低下する。また、ＮｉＡｌ2 Ｏ4 は接触す
る他の構成部材と反応性が低い特徴もある。
傷をなくすために、先ず燃料側の電極の熱膨張係数を他
の構成部材（特にＹＳＺ：熱膨張係数１０×１０-6／
Ｋ）のそれに近付けるようにした。そのため、本発明で
は、ＮｉＡｌ2 Ｏ4 とＮｉＯを混合した材料を電極材料
として選定した。これらの材料中で、ＮｉＯは電極の機
能的な部分、すなわち電子導電性と酸素の酸化反応を担
当し、電極として必要不可欠であるが熱膨張係数が１４
×１０-6／Ｋと非常に高い。また、ＮｉＡｌ2 Ｏ4 は従
来技術においてＹＳＺが行っていた役割を果たすもの
で、他の構成材料との熱膨張係数の一致化を狙いとして
混合する材料で熱膨張係数が低い特徴がある。すなわ
ち、ＹＳＺの熱膨張係数が１０×１０-6／Ｋであり、Ｎ
ｉＡｌ2 Ｏ4 は７．６×１０-6／Ｋである。ＮｉＡｌ2
Ｏ4 の添加量が２０ｖｏｌ％未満では割れが発生し、添
加量が６０ｖｏｌ％を超えて多いとＮｉＯ量が少ないた
めに導電性が低下する。また、ＮｉＡｌ2 Ｏ4 は接触す
る他の構成部材と反応性が低い特徴もある。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例をあげ、本発
明の効果を明らかにする。平均粒径：０．５μｍのＮｉ
Ｏを３０〜９０ｖｏｌ％、平均粒径：０．３μｍのＮｉ
Ａｌ2 Ｏ4 を１０〜７０ｖｏｌ％秤量し、ボールミルで
２４時間エタノールを溶媒として湿式で混合する。つい
で、厚さ３００μｍのＹＳＺ電解質の片面に、これらの
混合物を塗布し乾燥したのち、１４００℃で２時間焼成
する。つぎに、電極を構成していない逆の面に、Ｌａ
0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 ＋ＹＳＺペーストを用いて電極を
塗りつけ、１３００℃で焼成してセルを作る。これらの
セルを用いて発電試験を行い、昇降温前後での出力の変
化を観察した。また、ＹＳＺの片面に本発明のスラリを
塗布し乾燥したのち、１４００℃で焼成した試料で導電
率の計測も行った。測定は直流４端子法にて測定し、環
境は発電に用いた燃料と同じ条件で１０００℃とした。
また、比較材として、平均粒径：０．５μｍのＮｉＯを
３０〜９０ｖｏｌ％、平均粒径：０．３μｍのＹＳＺを
１０〜７０ｖｏｌ％の電極を作り、本発明の電極と比較
した。結果を表１にまとめて示す。
明の効果を明らかにする。平均粒径：０．５μｍのＮｉ
Ｏを３０〜９０ｖｏｌ％、平均粒径：０．３μｍのＮｉ
Ａｌ2 Ｏ4 を１０〜７０ｖｏｌ％秤量し、ボールミルで
２４時間エタノールを溶媒として湿式で混合する。つい
で、厚さ３００μｍのＹＳＺ電解質の片面に、これらの
混合物を塗布し乾燥したのち、１４００℃で２時間焼成
する。つぎに、電極を構成していない逆の面に、Ｌａ
0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 ＋ＹＳＺペーストを用いて電極を
塗りつけ、１３００℃で焼成してセルを作る。これらの
セルを用いて発電試験を行い、昇降温前後での出力の変
化を観察した。また、ＹＳＺの片面に本発明のスラリを
塗布し乾燥したのち、１４００℃で焼成した試料で導電
率の計測も行った。測定は直流４端子法にて測定し、環
境は発電に用いた燃料と同じ条件で１０００℃とした。
また、比較材として、平均粒径：０．５μｍのＮｉＯを
３０〜９０ｖｏｌ％、平均粒径：０．３μｍのＹＳＺを
１０〜７０ｖｏｌ％の電極を作り、本発明の電極と比較
した。結果を表１にまとめて示す。
【０００８】表１には本発明の量比のＮｉＡｌ 2 Ｏ 4 と
ＮｉＯを有するものを実施例とし、その量比が本発明の
範囲外のものを参考例、従来のＹＳＺとＮｉＯの混合物
を従来例として示した。表１におけるＮｏ．１（参考例
１）とＮｏ．２（比較例１）、Ｎｏ．４（比較例２）の
ように、ＮｉＯの含有量が多い場合には導電率は高いが
電極の熱膨張係数も大きくなり、昇降温時の出力低下率
が大きくなり、総合的に考えるとＳＯＦＣの電極には使
用できない。また逆に、Ｎｏ．９（参考例２）とＮｏ．
１０（比較例４）のように、ＮｉＯの含有率が少ない場
合には導電率が低すぎ、これまたＳＯＦＣの電極として
使用するには不適当である。
ＮｉＯを有するものを実施例とし、その量比が本発明の
範囲外のものを参考例、従来のＹＳＺとＮｉＯの混合物
を従来例として示した。表１におけるＮｏ．１（参考例
１）とＮｏ．２（比較例１）、Ｎｏ．４（比較例２）の
ように、ＮｉＯの含有量が多い場合には導電率は高いが
電極の熱膨張係数も大きくなり、昇降温時の出力低下率
が大きくなり、総合的に考えるとＳＯＦＣの電極には使
用できない。また逆に、Ｎｏ．９（参考例２）とＮｏ．
１０（比較例４）のように、ＮｉＯの含有率が少ない場
合には導電率が低すぎ、これまたＳＯＦＣの電極として
使用するには不適当である。
【０００９】
【表１】
【００１０】
【発明の効果】本発明により固体電解質型燃料電池の昇
降温後の劣化率を著しく低減でき、さらに高い導電率の
電極を提供できた。これはＮａＡｌ2 Ｏ4 の添加により
電極の熱膨張係数を他の構成部部材のそれに近付けら
れ、これによって昇降温時固体電解質に発生する歪みを
低減できるからである。また、これによりＮｉＯ添加量
を高くでき導電性も同時に改善できた。
降温後の劣化率を著しく低減でき、さらに高い導電率の
電極を提供できた。これはＮａＡｌ2 Ｏ4 の添加により
電極の熱膨張係数を他の構成部部材のそれに近付けら
れ、これによって昇降温時固体電解質に発生する歪みを
低減できるからである。また、これによりＮｉＯ添加量
を高くでき導電性も同時に改善できた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 4/86 H01M 8/02 H01M 8/12
Claims (1)
- 【請求項１】 ２０〜６０ｖｏｌ％のＮｉＡｌ 2 Ｏ 4 及
び残りＮｉＯよりなることを特徴とするＹ2 Ｏ3 で完全
に安定化されたＺｒＯ2 を固体電解質とする電気化学セ
ルの電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27567896A JP3327789B2 (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | 固体電解質型電気化学セルの電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27567896A JP3327789B2 (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | 固体電解質型電気化学セルの電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10125333A JPH10125333A (ja) | 1998-05-15 |
| JP3327789B2 true JP3327789B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=17558829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27567896A Expired - Lifetime JP3327789B2 (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | 固体電解質型電気化学セルの電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3327789B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5270885B2 (ja) | 2007-09-05 | 2013-08-21 | 株式会社東芝 | 固体酸化物電気化学セルの燃料極、その製造方法、及び固体酸化物電気化学セル |
-
1996
- 1996-10-18 JP JP27567896A patent/JP3327789B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10125333A (ja) | 1998-05-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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