JP3381544B2 - 低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料 - Google Patents
低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料Info
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- 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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- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低温動作固体燃料電池用
複合型空気極材料に関するものである。
複合型空気極材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および問題点】近年、酸素イオン伝導体を
用いた固体電解質燃料電池に関心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特徴を持っている。
用いた固体電解質燃料電池に関心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特徴を持っている。
【０００３】固体電解質燃料電池は、約１０００℃の高
温で動作させる必要があるため、セルは、セラミック材
によって構成されている。セルは、酸素イオン伝導体で
ある固体電解質を挟んで電子伝導体である空気極と燃料
極が配置されている。これらの電極は、ガスが拡散しや
すくする為に多孔質体を用いる。このセルを積み重ねる
為にセル間に電子伝導体であるインターコネクタ材を使
用する。従来検討されてきた、これら要素材を表１に示
した。
温で動作させる必要があるため、セルは、セラミック材
によって構成されている。セルは、酸素イオン伝導体で
ある固体電解質を挟んで電子伝導体である空気極と燃料
極が配置されている。これらの電極は、ガスが拡散しや
すくする為に多孔質体を用いる。このセルを積み重ねる
為にセル間に電子伝導体であるインターコネクタ材を使
用する。従来検討されてきた、これら要素材を表１に示
した。
【０００４】
【０００５】固体電解質としては従来ＹＳＺ（イットリ
ウム安定化ジルコニア）が最も有望視されているが、十
分な酸素イオン伝導度を得るには１０００℃の高温で動
作させる必要があるが、このような高温では電極と電解
質の界面での劣化反応等が生じ、部品寿命の劣化が激し
く信頼性の高い電池の実現が難しい。
ウム安定化ジルコニア）が最も有望視されているが、十
分な酸素イオン伝導度を得るには１０００℃の高温で動
作させる必要があるが、このような高温では電極と電解
質の界面での劣化反応等が生じ、部品寿命の劣化が激し
く信頼性の高い電池の実現が難しい。
【０００６】そこで８００℃程度の低温で動作する固体
燃料電池の開発が求められている。低温動作時に十分な
酸素イオン伝導度を得るためにジルコニア−スカンジウ
ム系、セリア系およびＹＳＺの薄層化などの検討が行わ
れている。
燃料電池の開発が求められている。低温動作時に十分な
酸素イオン伝導度を得るためにジルコニア−スカンジウ
ム系、セリア系およびＹＳＺの薄層化などの検討が行わ
れている。
【０００７】低温動作化には固体電解質の他に空気極の
電気伝導性の低下、および空気極の電極活性が低下する
ため空気極における通電圧の上昇がおこり、発電効率の
低下などの問題が生じる。
電気伝導性の低下、および空気極の電極活性が低下する
ため空気極における通電圧の上昇がおこり、発電効率の
低下などの問題が生じる。
【０００８】このため、低温においてマンガン系に比べ
電極活性が高い空気極が求められている。一般に空気極
における電極反応は、図５に示すように固体電解質１と
電子伝導体２である空気極材（典型的にはＬａ0.8Ｓｒ
0.2ＭｎＯ3）、そして、空気の接する三相界面に限定さ
れている（空気極上における反応過程はＯ2→２Ｏ、２
Ｏ→２Ｏ2-）。
電極活性が高い空気極が求められている。一般に空気極
における電極反応は、図５に示すように固体電解質１と
電子伝導体２である空気極材（典型的にはＬａ0.8Ｓｒ
0.2ＭｎＯ3）、そして、空気の接する三相界面に限定さ
れている（空気極上における反応過程はＯ2→２Ｏ、２
Ｏ→２Ｏ2-）。
【０００９】電子伝導体にイオン伝導性を有するジルコ
ニア系固体電解質材ＺｒＯ2−Ｙ2Ｏ3を分散させること
で、三相界面長を増やし電極活性を高める検討がなされ
ている。しかし、ジルコニアと空気極材とは、界面にお
いて不導体であるパイロクア相（Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7）やＳ
ｒＺｒＯ3などを形成し易い。これらの相ができると電
極反応が妨げられ、結局セル特性が低下してしまう。
ニア系固体電解質材ＺｒＯ2−Ｙ2Ｏ3を分散させること
で、三相界面長を増やし電極活性を高める検討がなされ
ている。しかし、ジルコニアと空気極材とは、界面にお
いて不導体であるパイロクア相（Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7）やＳ
ｒＺｒＯ3などを形成し易い。これらの相ができると電
極反応が妨げられ、結局セル特性が低下してしまう。
【００１０】本発明は低温動作型固体燃料電池用空気極
に関するもので、従来のマンガン系材料に比べ電極活性
が高い空気極材料を提供することを目的とする。
に関するもので、従来のマンガン系材料に比べ電極活性
が高い空気極材料を提供することを目的とする。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
ため、本発明による低温動作固体燃料電池用複合型空気
極材料は、固体電解質とそれに隣接して設けられた多孔
質な空気極および燃料極からなるセル、そして、それら
を電気的に接続するインターコネクタを有し、燃料ガス
と空気または酸素ガスとの化学反応を電気エネルギーに
変換する固体燃料電池において、前記空気極がイオン伝
導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３
０、０．０５＜Ｙ＜０．３０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．
５０）と、電子伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ
＜０．３０）の複合材からなり、且つＡ及びＣはＬａ、
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかであり、且つＢ及びＤは、Ｓ
ｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含み、その合計の含
有率が０．０５〜０．３０であることを特徴とする。
ため、本発明による低温動作固体燃料電池用複合型空気
極材料は、固体電解質とそれに隣接して設けられた多孔
質な空気極および燃料極からなるセル、そして、それら
を電気的に接続するインターコネクタを有し、燃料ガス
と空気または酸素ガスとの化学反応を電気エネルギーに
変換する固体燃料電池において、前記空気極がイオン伝
導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３
０、０．０５＜Ｙ＜０．３０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．
５０）と、電子伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ
＜０．３０）の複合材からなり、且つＡ及びＣはＬａ、
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかであり、且つＢ及びＤは、Ｓ
ｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含み、その合計の含
有率が０．０５〜０．３０であることを特徴とする。
【００１２】また、本発明による低温動作固体燃料電池
用複合型空気極材料は、固体電解質とそれに隣接して設
けられた多孔質な空気極および燃料極からなるセル、そ
して、それらを電気的に接続するインターコネクタを有
し、燃料ガスと空気または酸素ガスとの化学反応を電気
エネルギーに変換する固体燃料電池において、前記空気
極がイオン伝導体に遷移金属元素を添加した混合伝導体
Ａ１−ＸＢＸ（Ｇａ１−ＺＭｇＺ）１−ＹＭＹＯ３、
（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．００５＜Ｙ＜０．３０
０、０．０５＜Ｚ＜０．３００、Ｍ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子伝導体Ｃ１−ＸＤＸＭｎＯ３
（０．０５＜Ｘ＜０．３０）との複合材からなり、且つ
Ａ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかであり、且
つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含
み、その合計の含有率が０．０５〜０．３０であること
を特徴とする。
用複合型空気極材料は、固体電解質とそれに隣接して設
けられた多孔質な空気極および燃料極からなるセル、そ
して、それらを電気的に接続するインターコネクタを有
し、燃料ガスと空気または酸素ガスとの化学反応を電気
エネルギーに変換する固体燃料電池において、前記空気
極がイオン伝導体に遷移金属元素を添加した混合伝導体
Ａ１−ＸＢＸ（Ｇａ１−ＺＭｇＺ）１−ＹＭＹＯ３、
（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．００５＜Ｙ＜０．３０
０、０．０５＜Ｚ＜０．３００、Ｍ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子伝導体Ｃ１−ＸＤＸＭｎＯ３
（０．０５＜Ｘ＜０．３０）との複合材からなり、且つ
Ａ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかであり、且
つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含
み、その合計の含有率が０．０５〜０．３０であること
を特徴とする。
【００１３】本発明の低温動作型固体燃料電池用複合型
空気極材料は、従来の空気極材と同じ結晶系（ペロブス
カイト系）に属し且つ、イオン伝導性の高いＬａＧａＯ
3系の材料を、従来材であるＬａＭｎＯ3系の電極材中に
分散させて複合型電極とする。これにより、電極と電解
質の三相界面長を増やし電極活性を高め、かつ安定な三
相界面を形成することができる。また、先のイオン伝導
体に遷移金属元素を添加することで電子伝導性も併せて
発現させ、電極活性を向上させている（混合伝導体）。
これにより８００℃程度の比較的低温においても電極活
性が充分高い空気極材料となることを特徴とする。
空気極材料は、従来の空気極材と同じ結晶系（ペロブス
カイト系）に属し且つ、イオン伝導性の高いＬａＧａＯ
3系の材料を、従来材であるＬａＭｎＯ3系の電極材中に
分散させて複合型電極とする。これにより、電極と電解
質の三相界面長を増やし電極活性を高め、かつ安定な三
相界面を形成することができる。また、先のイオン伝導
体に遷移金属元素を添加することで電子伝導性も併せて
発現させ、電極活性を向上させている（混合伝導体）。
これにより８００℃程度の比較的低温においても電極活
性が充分高い空気極材料となることを特徴とする。
【００１４】
【作用】以下に本発明の作用を説明する。
【００１５】空気極において、酸素イオン伝導体（Ｌａ
−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ３あるいは混合伝導体（Ｌａ
−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ−Ｍ）Ｏ３（Ｍ＝Ｃｒ，ＭｎＣ
ｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）を従来材である（Ｌａ−Ｓｒ）ＭｎＯ
３に分散させ、イオン伝導体（混合伝導体）−電子伝導
体の複合系とすることで、電極反応のおこる三相界面長
が大幅に増え、電極特性が改善される。即ち、大きな電
流を流しても、セル端子電圧の低下が少ない。
−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ３あるいは混合伝導体（Ｌａ
−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ−Ｍ）Ｏ３（Ｍ＝Ｃｒ，ＭｎＣ
ｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）を従来材である（Ｌａ−Ｓｒ）ＭｎＯ
３に分散させ、イオン伝導体（混合伝導体）−電子伝導
体の複合系とすることで、電極反応のおこる三相界面長
が大幅に増え、電極特性が改善される。即ち、大きな電
流を流しても、セル端子電圧の低下が少ない。
【００１６】酸素分子が酸素イオンＯ2-となる電極反応
はイオン伝導体３と電子伝導体２とガス（空気）の３つ
の相が接する三相界面にのみ限定されている。ここで、
酸素イオン伝導体３を混合させ、複合材とすることで、
図１に示すごとく、この三相界面長を拡大することがで
きる。
はイオン伝導体３と電子伝導体２とガス（空気）の３つ
の相が接する三相界面にのみ限定されている。ここで、
酸素イオン伝導体３を混合させ、複合材とすることで、
図１に示すごとく、この三相界面長を拡大することがで
きる。
【００１７】特に（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ
3は、高い酸素イオン伝導性を有しているため、この様
な複合体を形成するのに適している。さらに酸素イオン
伝導体である（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ3に、Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属元素を添加
し、（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ−Ｍ）Ｏ3（Ｍ＝Ｃ
ｒ，ＭｎＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）とすることで、電子伝導性
を付与することができる。これにより電極反応を粒内部
にも拡大することができるため、特性が更に改善する。
また、この系は、電極材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ
3と同じ結晶系（ペロブスカイト系）であるため接触面
における相互拡散が起こった場合でも不導体相ができる
ことは無いため、特性の劣化がほとんど無い。この材料
を空気極に用いることで、電極特性従来材に比べ向上
し、８００℃程度の低温でも１０００℃動作に近い発電
特性を有する固体燃料電池用空気極材料を実現できる。
また、この三相界面が安定に存在するため、セルの作製
時、および動作時に受ける熱履歴に対してセル特性の劣
化が生じない。
3は、高い酸素イオン伝導性を有しているため、この様
な複合体を形成するのに適している。さらに酸素イオン
伝導体である（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ3に、Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属元素を添加
し、（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ−Ｍ）Ｏ3（Ｍ＝Ｃ
ｒ，ＭｎＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）とすることで、電子伝導性
を付与することができる。これにより電極反応を粒内部
にも拡大することができるため、特性が更に改善する。
また、この系は、電極材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ
3と同じ結晶系（ペロブスカイト系）であるため接触面
における相互拡散が起こった場合でも不導体相ができる
ことは無いため、特性の劣化がほとんど無い。この材料
を空気極に用いることで、電極特性従来材に比べ向上
し、８００℃程度の低温でも１０００℃動作に近い発電
特性を有する固体燃料電池用空気極材料を実現できる。
また、この三相界面が安定に存在するため、セルの作製
時、および動作時に受ける熱履歴に対してセル特性の劣
化が生じない。
【００１８】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。なお、当
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
【００１９】
【実施例１】本発明の効果を示すために、図２、図３に
示す構造の単セルで試験を行なった。図２は前記単セル
の断面図、図３は平面図であり、図中、４は燃料極、５
は固体電解質、６は空気極、７はリファレンス極（白金
ペースト）、８は集電用白金メッシュ（６ｍｍφ）であ
る。
示す構造の単セルで試験を行なった。図２は前記単セル
の断面図、図３は平面図であり、図中、４は燃料極、５
は固体電解質、６は空気極、７はリファレンス極（白金
ペースト）、８は集電用白金メッシュ（６ｍｍφ）であ
る。
【００２０】固体電解質（寸法２２×２２ｍｍ）５とし
て（ＺｒＯ2）0.89（Ｓｃ2Ｏ3）0.1 05（Ａｌ2Ｏ3）
0.005なる組成よりなる酸化物を、燃料極４にはＮｉ−
ＹＳＺ（Ｎｉ：６０ｍｏｌ％）（寸法１８ｍｍφ）を、
そして空気極（寸法６ｍｍφ）６に平均粒径１０ミクロ
ンのイオン伝導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3（０．０５
＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜０．３０、０．１０＜
Ｘ＋Ｙ＜０．５０）と、平均粒径１ミクロンの電子伝導
体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）の複合
材を用いた。燃料極の面積を空気極に比べ大きくするこ
とで、燃料極の影響を少なくしている。
て（ＺｒＯ2）0.89（Ｓｃ2Ｏ3）0.1 05（Ａｌ2Ｏ3）
0.005なる組成よりなる酸化物を、燃料極４にはＮｉ−
ＹＳＺ（Ｎｉ：６０ｍｏｌ％）（寸法１８ｍｍφ）を、
そして空気極（寸法６ｍｍφ）６に平均粒径１０ミクロ
ンのイオン伝導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3（０．０５
＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜０．３０、０．１０＜
Ｘ＋Ｙ＜０．５０）と、平均粒径１ミクロンの電子伝導
体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）の複合
材を用いた。燃料極の面積を空気極に比べ大きくするこ
とで、燃料極の影響を少なくしている。
【００２１】具体的な組成は表２−１、表２−２に示
す。また、混合比は体積比で、イオン伝導体：電子伝導
体＝１：２とした。本実施例に使用した単セルの作製方
法を以下に示す。まずドクターブレード法により固体電
解質のセラミックス薄板のグリーンシートを形成し１６
００℃で焼上げる。これにスクリーンプリントで燃料極
にＮｉ−ＹＳＺを塗布し（１８ｍｍ径）１４００℃で焼
き、この後、上記の空気極を塗布し（６ｍｍ径）１１０
０℃で焼き付けた。図２の空気極、燃料極の厚みは０．
１ｍｍ、固体電解質の厚みを０．３ｍｍとし、１０ｍｍ
φの単セルを形成した。
す。また、混合比は体積比で、イオン伝導体：電子伝導
体＝１：２とした。本実施例に使用した単セルの作製方
法を以下に示す。まずドクターブレード法により固体電
解質のセラミックス薄板のグリーンシートを形成し１６
００℃で焼上げる。これにスクリーンプリントで燃料極
にＮｉ−ＹＳＺを塗布し（１８ｍｍ径）１４００℃で焼
き、この後、上記の空気極を塗布し（６ｍｍ径）１１０
０℃で焼き付けた。図２の空気極、燃料極の厚みは０．
１ｍｍ、固体電解質の厚みを０．３ｍｍとし、１０ｍｍ
φの単セルを形成した。
【００２２】図４に空気極をＬａ0.8Ｓｒ0.2Ｇａ0.85Ｍ
ｇ0.15Ｏ3とＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3の複合体とした時の
単セルの水素−酸素雰囲気８００℃における電流密度−
電圧特性を示す。ここで、電流密度は、空気極の面積を
基にして求めた値である。比較のために上記の単セルの
空気極だけをＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3としたセルの特性
も同時に示す。表２−１及び表２−２に空気極における
セル端子電圧の空気極におけるイオン伝導体の組成依存
性を示す。ここで、セル端子電圧は電流密度が１．０Ａ
／ｃｍ2時の値である。表１−１では、複合型空気極の
イオン伝導材の組成を変化させ、表１−２では、複合型
空気極の電子伝導材の組成を変化させた時のセル端子電
圧を示してある。これら本発明の空気極を用いた時は、
いずれも従来のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を空気極に用い
たセルに比べ良好な特性を示した。
ｇ0.15Ｏ3とＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3の複合体とした時の
単セルの水素−酸素雰囲気８００℃における電流密度−
電圧特性を示す。ここで、電流密度は、空気極の面積を
基にして求めた値である。比較のために上記の単セルの
空気極だけをＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3としたセルの特性
も同時に示す。表２−１及び表２−２に空気極における
セル端子電圧の空気極におけるイオン伝導体の組成依存
性を示す。ここで、セル端子電圧は電流密度が１．０Ａ
／ｃｍ2時の値である。表１−１では、複合型空気極の
イオン伝導材の組成を変化させ、表１−２では、複合型
空気極の電子伝導材の組成を変化させた時のセル端子電
圧を示してある。これら本発明の空気極を用いた時は、
いずれも従来のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を空気極に用い
たセルに比べ良好な特性を示した。
【００２３】表２−１
実施例１におけるセル端子電圧の複合空気極のイオン伝
導体組成への依存性
導体組成への依存性
【表１】
【００２４】
【００２５】
* セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ2における値
** 複合空気極に用いた電子伝導体は、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3で、
混合比はイオン伝導体：電子伝導体＝１：２とした。
【００２６】
【００２７】
* セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ2における値。
** 複合空気極に用いたイオン伝導体は、Ｐｒ0.800Ｓｒ0.100Ｃａ0.100Ｇａ
0.850Ｍｇ0.150Ｏ3
【００２８】
【実施例２】実施例１と同様の単セルにおいて、空気極
の材料のイオン伝導体に遷移金属を添加した組成にして
実施例１と同様の実験を行った。表３−１及び表３−２
に示す様に実施例１に比べても更にセル特性が改善さ
れ、従来材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べいず
れも良好な結果を得た。
の材料のイオン伝導体に遷移金属を添加した組成にして
実施例１と同様の実験を行った。表３−１及び表３−２
に示す様に実施例１に比べても更にセル特性が改善さ
れ、従来材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べいず
れも良好な結果を得た。
【００２９】
【００３０】表３−１ 実施例２におけるセル端子電圧の複合空気極のイオン伝
導体組成への依存性
導体組成への依存性
【表２】
【００３１】表３−１続き
【表３】
＊ セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ２における
値。 ＊＊ 電子伝導体として、Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ
３を用い、 混合比はイオン伝導体：電子伝導体＝１：２とした。
値。 ＊＊ 電子伝導体として、Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ
３を用い、 混合比はイオン伝導体：電子伝導体＝１：２とした。
【００３２】表３−２
実施例２におけるセル端子電圧の複合空気極のイオン伝
導体組成への依存性（添加遷移金属元素依存性）
導体組成への依存性（添加遷移金属元素依存性）
【表４】
【００３３】表３−２続き
【表５】
＊ セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ２における
値。 ＊＊ 電子伝導体として、Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ
３を用い、 混合比はイオン伝導体：電子伝導体＝１：２とした。
値。 ＊＊ 電子伝導体として、Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ
３を用い、 混合比はイオン伝導体：電子伝導体＝１：２とした。
【００３４】
【実施例３】実施例２と同様の単セルにおいて、空気極
の組成をＬａ0.8Ｓｒ0.2（Ｇａ0.85Ｍｇ0.15）0.9Ｃｏ
0.1Ｏ3に固定し、混合伝導体と電子伝導体との混合比だ
けを１：０．５から１：２０まで変化させて実施例２と
同様の実験を行った。表４に示す様に実施例２とほぼ同
様に従来材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べいず
れも良好な結果を得た。またイオン導電体と電子伝導体
の混合比を上記の範囲に変化させた場合も場合でも同様
な結果を示した。
の組成をＬａ0.8Ｓｒ0.2（Ｇａ0.85Ｍｇ0.15）0.9Ｃｏ
0.1Ｏ3に固定し、混合伝導体と電子伝導体との混合比だ
けを１：０．５から１：２０まで変化させて実施例２と
同様の実験を行った。表４に示す様に実施例２とほぼ同
様に従来材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べいず
れも良好な結果を得た。またイオン導電体と電子伝導体
の混合比を上記の範囲に変化させた場合も場合でも同様
な結果を示した。
【００３５】
* セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ2における値。
** 電子伝導体として、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を用いた。
*** 混合比は体積比とした。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、固体電解質燃料電
池の空気極材料を、イオン伝導体Ａ1- XＢXＧａ1-YＭｇY
Ｏ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜０．３
０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．５０）あるいはＡ1-XＢ
X（Ｇａ1-ZＭｇZ）1-YＭYＯ3、（０．０５＜Ｘ＜０．３
０、０．００５＜Ｙ＜０．３００、０．０５＜Ｚ＜０．
３００、Ｍ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子
伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）
（Ａ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れか、で且
つ、Ｄは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含む）
の複合材とすることで、電極活性が高く８００℃でも小
さな通電圧で、従来材料のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比
べ優れた特性を有するセルを得ることに成功した。本発
明は固体燃料電池の高効率動作化に大きな貢献をなすも
のである。
池の空気極材料を、イオン伝導体Ａ1- XＢXＧａ1-YＭｇY
Ｏ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜０．３
０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．５０）あるいはＡ1-XＢ
X（Ｇａ1-ZＭｇZ）1-YＭYＯ3、（０．０５＜Ｘ＜０．３
０、０．００５＜Ｙ＜０．３００、０．０５＜Ｚ＜０．
３００、Ｍ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子
伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）
（Ａ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れか、で且
つ、Ｄは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含む）
の複合材とすることで、電極活性が高く８００℃でも小
さな通電圧で、従来材料のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比
べ優れた特性を有するセルを得ることに成功した。本発
明は固体燃料電池の高効率動作化に大きな貢献をなすも
のである。
【図１】本発明による電極反応の概念図。
【図２】実施例に用いた単セルの断面図。
【図３】実施例に用いた単セルの平面図。
【図４】実施例１で行った単セルの電流−電圧特性を示
す図。
す図。
【図５】従来の電極反応の概念図。
１ 固体電解質
２ 電子伝導体
３ イオン伝導体
４ 燃料極
５ 固体電解質
６ 空気極
─────────────────────────────────────────────────────
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 8/12
Claims (4)
- 【請求項１】固体電解質とそれに隣接して設けられた多
孔質な空気極および燃料極からなるセル、そして、それ
らを電気的に接続するインターコネクタを有し、燃料ガ
スと空気または酸素ガスとの化学反応を電気エネルギー
に変換する低温動作固体燃料電池用空気極材料におい
て、前記空気極がイオン伝導体Ａ１−ＸＢＸＧａ１−Ｙ
ＭｇＹＯ３（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜
０．３０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．５０）と、電子伝導
体Ｃ１−ＸＤＸＭｎＯ３（０．０５＜Ｘ＜０．３０）の
複合材からなり、且つＡ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓ
ｍの何れかであり、且つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れ
か、または、両方を含み、その合計の含有率が０．０５
〜０．３０であることを特徴とする低温動作固体燃料電
池用複合型空気極材料。 - 【請求項２】請求項１において、イオン伝導体Ａ１−Ｘ
ＢＸＧａ１−ＹＭｇＹＯ３と電子伝導体Ｃ１−ＸＤＸＭ
ｎＯ３の混合比が、体積比で、１：０．５〜１：２０で
あることを特徴とする低温動作固体燃料電池用複合型空
気極材料。 - 【請求項３】固体電解質とそれに隣接して設けられた多
孔質な空気極および燃料極からなるセル、そして、それ
らを電気的に接続するインターコネクタを有し、燃料ガ
スと空気または酸素ガスとの化学反応を電気エネルギー
に変換する低温動作固体燃料電池用空気極材料におい
て、前記空気極がイオン伝導体に遷移金属元素を添加し
た混合伝導体Ａ１−ＸＢＸ（Ｇａ１−ＺＭｇＺ）１−Ｙ
ＭＹＯ３、（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．００５＜Ｙ
＜０．３００、０．０５＜Ｚ＜０．３００、Ｍ＝Ｃｒ、
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子伝導体Ｃ１−ＸＤＸ
ＭｎＯ３（０．０５＜Ｘ＜０．３０）との複合材からな
り、且つＡ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかで
あり、且つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、
両方を含み、その合計の含有率が０．０５〜０．３０で
あることを特徴とする低温動作固体燃料電池用複合型空
気極材料。 - 【請求項４】請求項３において、イオン伝導体に遷移金
属元素を添加した混合伝導体Ａ１−ＸＢＸ（Ｇａ１−Ｚ
ＭｇＺ）１−ＹＭＹＯ３と電子伝導体Ｃ１−ＸＤＸＭｎ
Ｏ３の混合比が、体積比で、１：０．５〜１：２０であ
ることを特徴とする低温動作固体燃料電池用複合型空気
極材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07447397A JP3381544B2 (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | 低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07447397A JP3381544B2 (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | 低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10255832A JPH10255832A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3381544B2 true JP3381544B2 (ja) | 2003-03-04 |
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ID=13548274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07447397A Expired - Fee Related JP3381544B2 (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | 低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3381544B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP4577707B2 (ja) * | 2003-04-15 | 2010-11-10 | 日本碍子株式会社 | 電気化学セル |
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| US7160837B2 (en) | 2003-05-16 | 2007-01-09 | Kabushikikaisha Equos Research | Mixed conductor and mixed conductor producing method |
| JP4855010B2 (ja) * | 2005-08-18 | 2012-01-18 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 酸化物イオン伝導体および酸素分離膜エレメント並びに炭化水素の酸化用反応装置 |
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| JP4720592B2 (ja) * | 2006-04-17 | 2011-07-13 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 排ガス浄化用電気化学触媒 |
| JP7155812B2 (ja) * | 2018-02-28 | 2022-10-19 | 株式会社豊田中央研究所 | 酸化物イオン伝導体及び電気化学デバイス |
-
1997
- 1997-03-11 JP JP07447397A patent/JP3381544B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10255832A (ja) | 1998-09-25 |
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