JP3389040B2 - 固体電解質燃料電池用電極材料 - Google Patents
固体電解質燃料電池用電極材料Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質燃料電
池の燃料電極に用いられる電極材料に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）は、例
えば図１に示す構成を有する。図１において、発電膜１
は固体電解質であるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）膜２の両面にそれぞれ燃料電極３ａおよび酸素電極
３ｂを形成したものである。この発電膜１の上側には電
極接続用波板４ａ、インタコネクタ５ａが形成され、下
側には電極接続用波板４ｂ、インタコネクタ５ｂが形成
されている。図２に示すように、燃料電極３ａと電極接
続用波板４ａとは導電性接合剤６により接合されてい
る。また、電極接続用波板４ａとインタコネクタ５ａと
も導電性接合剤により接合されている。同様に、酸素電
極３ｂと電極接続用波板４ｂおよび電極接続用波板４ｂ
とインタコネクタ５ｂも導電性接合剤により接合されて
いる。燃料電極３ａには、導電性が高く、固体電解質で
あるＹＳＺ膜との密着性が良好で、温度１０００℃およ
び水素雰囲気という使用環境において安定であることが
要求される。 【０００３】従来、燃料電極の材料としては、一般的に
酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）との混合物（ＮｉＯ／ＹＳＺサーメット）が
使用されている。このうち、酸化ニッケルは、還元雰囲
気下で還元されて金属ニッケルとなることにより、電極
に高い導電性を与える。また、イットリア安定化ジルコ
ニアは、酸素イオン導電性を有し電極反応を円滑にする
とともに、ＹＳＺ固体電解質膜との焼きつけ性を向上さ
せる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、ＮｉＯ／ＹＳ
Ｚからなる燃料電極を用いた場合、ＹＳＺ固体電解質膜
と熱膨張係数が大きく異なることから問題が生じる。す
なわち、室温から１０００℃までの平均で、８モル％イ
ットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質膜の熱膨
張係数は１０．２×１０-6℃-1であるのに対し、ＹＳＺ
含有量１０〜４０ｗｔ％のＮｉＯ／ＹＳＺサーメットか
らなる燃料電極の熱膨張係数は１３〜１２×１０-6℃-1
である。これは、ＮｉＯの熱膨張係数が１４×１０-6℃
-1と高いためである。このように燃料電極は、固体電解
質との熱膨張係数の差が２〜３×１０-6℃-1（約２０〜
３０％）と大きいため、ＳＯＦＣの運転温度の変化また
は発停により、クラックが入ったり剥離するトラブルが
発生するという問題がある。 【０００５】本発明の目的は、燃料電極の熱膨張係数を
低下させると同時に固体電解質との接合力を強くして、
固体電解質との熱膨張係数の不一致による燃料電極の剥
離などによる性能低下を防止することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の固体電解質燃料
電池の燃料電極材料は、ＮｉＯ：５０〜８５重量部、イ
ットリア安定化ジルコニア：１０〜３０重量部、および
ＺｒＴｉＯ4 、ＨｆＴｉＯ4 、およびＺｒＳｉＯ4 から
なる群より選択される少なくとも１種：５〜２０重量部
を含有することを特徴とする。 【０００７】 【発明の実施の形態】本発明の固体電解質燃料電池用電
極材料に用いられるＺｒＴｉＯ4 、ＨｆＴｉＯ4 または
ＺｒＳｉＯ4 は、燃料電極の熱膨張係数を低下させると
ともに、燃料電極の固体電解質膜に対する付着性を向上
し、温度変化に対する耐久性を向上させる。これらの成
分の含有量を５〜２０重量部と規定したのは、５重量部
未満では燃料電極の熱膨張係数を低下させることができ
ず、逆に２０重量部を超えると燃料電極の導電性が低下
するためである。 【０００８】なお、本発明の電極材料は、リバーシブル
作動のＳＯＥ（固体酸化物水蒸気電解）にも適用可能で
ある。 【０００９】 【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例１ 酸化ニッケル、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）、およびジルコニウムチタン酸化物を所定の割合で
混合し、有機溶媒としてブチルカルビトールを加え、ロ
ールミルを用いて混練してペーストを調製した。なお、
有機溶媒としては粉体の分散性を向上できるものであれ
ばよく、ブチルカルビトールの代わりに例えばテレピン
油、ブタノールなどを用いてもよい。 【００１０】２３ｍｍφのＹＳＺ膜（厚さ２５０μｍ）
の両面に、それぞれ燃料電極としてＮｉＯ−ＹＳＺ−Ｚ
ｒＴｉＯ4 電極材料を、酸素電極としてＬＳＭ（Ｌａ
0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ3 ）８０重量部−ＹＳＺ２０重量部
を１０ｍｍφの大きさにスクリーン印刷した後、焼き付
けて発電膜を作製した。さらに、図１に示すように、波
板、インタコネクタを接合した。 【００１１】発電試験を実施し、発電特性及び電極の付
着性を検討した。図３に、良好な発電特性及び電極の付
着性を示す組成範囲を示す。この図に示されるように、
ＮｉＯ：５０〜８５重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量
部、およびＺｒＴｉＯ4 ：５〜２０重量部の範囲が好適
である。 【００１２】実施例２ ＮｉＯ：６０重量部または７０重量部、ＺｒＴｉＯ4 ：
５〜２０重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量部の範囲で各
成分を配合した。混合粉をプレス成形して約３ｍｍ×３
ｍｍ×３０ｍｍの大きさの成形体を得た。得られた成形
体を１５００℃で４時間焼結して焼結体を得た。得られ
た焼結体について、導電率（直流４端子法）および熱膨
張係数を測定した。なお、燃料電極は還元雰囲気で使用
するため、水素雰囲気で測定を実施した。 【００１３】図４に１０００℃における導電率の測定結
果を示す。図４において横軸はＺｒＴｉＯ4 含有量（重
量部）、縦軸は導電率（Ｓ／ｃｍ）である。図５に熱膨
張係数の測定結果を示す。図５において横軸はＺｒＴｉ
Ｏ4 含有量（重量部）、縦軸は室温から１０００℃まで
の平均熱膨張係数（×１０-6℃-1）である。いずれの図
でも○印はＮｉＯ量が７０重量部、△印はＮｉＯ量が６
０重量部の場合である。 【００１４】図４に示されるように、ＺｒＴｉＯ4 含有
量が２０重量部を超えると導電率が低下している。この
ことから、ＺｒＴｉＯ4 含有量は２０重量部以下に抑え
ることが好ましいことがわかる。 【００１５】図５に示されるように、熱膨張係数はＺｒ
ＴｉＯ4 含有量が増加するにしたがって低下している。
したがって、燃料電極の熱膨張係数をＹＳＺ固体電解質
膜の熱膨張係数１０．２×１０-6℃-1に合致させるとい
う観点からは、ＺｒＴｉＯ4含有量が多いほど好ましい
ことがわかる。 【００１６】実施例３ 酸化ニッケル、ＹＳＺ、およびハフニウムチタン酸化物
を所定の割合で混合し、有機溶媒としてブチルカルビト
ールを加え、ロールミルを用いて混練してペーストを調
製した。 【００１７】２３ｍｍφのＹＳＺ膜（厚さ２５０μｍ）
の両面に、それぞれ燃料電極としてＮｉＯ−ＹＳＺ−Ｈ
ｆＴｉＯ4 電極材料を、酸素電極としてＬＳＭ（Ｌａ
0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ3 ）８０重量部−ＹＳＺ２０重量部
を１０ｍｍφの大きさにスクリーン印刷した後、焼き付
けて発電膜を作製した。さらに、図１に示すように、波
板、インタコネクタを接合した。 【００１８】発電試験を実施し、発電特性及び電極の付
着性を検討した。図６に、良好な発電特性及び電極の付
着性を示す組成範囲を示す。この図に示されるように、
ＮｉＯ：５０〜８５重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量
部、およびＨｆＴｉＯ4 ：５〜２０重量部の範囲が好適
である。 【００１９】実施例４ ＮｉＯ：６０重量部または７０重量部、ＨｆＴｉＯ4 ：
５〜２０重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量部の範囲で各
成分を配合した。混合粉をプレス成形して約３ｍｍ×３
ｍｍ×３０ｍｍの大きさの成形体を得た。得られた成形
体を１５００℃で４時間焼結して焼結体を得た。得られ
た焼結体について、導電率（直流４端子法）および熱膨
張係数を測定した。なお、燃料電極は還元雰囲気で使用
するため、水素雰囲気で測定を実施した。 【００２０】図７に１０００℃における導電率の測定結
果を示す。図７において横軸はＨｆＴｉＯ4 含有量（重
量部）、縦軸は導電率（Ｓ／ｃｍ）である。図８に熱膨
張係数の測定結果を示す。図８において横軸はＨｆＴｉ
Ｏ4 含有量（重量部）、縦軸は室温から１０００℃まで
の平均熱膨張係数（×１０-6℃-1）である。いずれの図
でも○印はＮｉＯ量が７０重量部、△印はＮｉＯ量が６
０重量部の場合である。 【００２１】図７に示されるように、ＨｆＴｉＯ4 含有
量が２０重量部を超えると導電率が低下している。この
ことから、ＨｆＴｉＯ4 含有量は２０重量部以下に抑え
ることが好ましいことがわかる。 【００２２】図８に示されるように、熱膨張係数はＨｆ
ＴｉＯ4 含有量が増加するにしたがって低下している。
したがって、燃料電極の熱膨張係数をＹＳＺ固体電解質
膜の熱膨張係数１０．２×１０-6℃-1に合致させるとい
う観点からは、ＨｆＴｉＯ4含有量が多いほど好ましい
ことがわかる。 【００２３】実施例５ 酸化ニッケル、ＹＳＺ、およびジルコニウムシリコン酸
化物を所定の割合で混合し、有機溶媒としてブチルカル
ビトールを加え、ロールミルを用いて混練してペースト
を調製した。 【００２４】２３ｍｍφのＹＳＺ膜（厚さ２５０μｍ）
の両面に、それぞれ燃料電極としてＮｉＯ−ＹＳＺ−Ｚ
ｒＳｉＯ4 電極材料を、酸素電極としてＬＳＭ（Ｌａ
0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ3 ）８０重量部−ＹＳＺ２０重量部
を１０ｍｍφの大きさにスクリーン印刷した後、焼き付
けて発電膜を作製した。さらに、図１に示すように、波
板、インタコネクタを接合した。 【００２５】発電試験を実施し、発電特性及び電極の付
着性を検討した。図９に、良好な発電特性及び電極の付
着性を示す組成範囲を示す。この図に示されるように、
ＮｉＯ：５０〜８５重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量
部、およびＺｒＳｉＯ4 ：５〜２０重量部の範囲が好適
である。 【００２６】実施例６ ＮｉＯ：６０重量部または７０重量部、ＺｒＳｉＯ4 ：
５〜２０重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量部の範囲で各
成分を配合した。混合粉をプレス成形して約３ｍｍ×３
ｍｍ×３０ｍｍの大きさの成形体を得た。得られた成形
体を１５００℃で４時間焼結して焼結体を得た。得られ
た焼結体について、導電率（直流４端子法）および熱膨
張係数を測定した。なお、燃料電極は還元雰囲気で使用
するため、水素雰囲気で測定を実施した。 【００２７】図１０に１０００℃における導電率の測定
結果を示す。図１０において横軸はＺｒＳｉＯ4 含有量
（重量部）、縦軸は導電率（Ｓ／ｃｍ）である。図１１
に熱膨張係数の測定結果を示す。図１１において横軸は
ＺｒＳｉＯ4 含有量（重量部）、縦軸は室温から１００
０℃までの平均熱膨張係数（×１０-6℃-1）である。い
ずれの図でも○印はＮｉＯ量が７０重量部、△印はＮｉ
Ｏ量が６０重量部の場合である。 【００２８】図１０に示されるように、ＺｒＳｉＯ4 含
有量が２０重量部を超えると導電率が低下している。こ
のことから、ＺｒＳｉＯ4 含有量は２０重量部以下に抑
えることが好ましいことがわかる。 【００２９】図１１に示されるように、熱膨張係数はＺ
ｒＳｉＯ4 含有量が増加するにしたがって低下してい
る。したがって、燃料電極の熱膨張係数をＹＳＺ固体電
解質膜の熱膨張係数１０．２×１０-6℃-1に合致させる
という観点からは、ＺｒＳｉＯ4 含有量が多いほど好ま
しいことがわかる。 【００３０】 【００３１】 【００３２】 【００３３】 【００３４】 【００３５】 【００３６】 【００３７】 【００３８】 【００３９】 【００４０】 【発明の効果】以上詳述したように本発明の電極材料を
用いれば、燃料電極の熱膨張係数を低下させると同時に
固体電解質との接合力を強くして、固体電解質との熱膨
張係数の不一致による燃料電極の剥離などによる性能低
下を防止することができる。
池の燃料電極に用いられる電極材料に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）は、例
えば図１に示す構成を有する。図１において、発電膜１
は固体電解質であるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）膜２の両面にそれぞれ燃料電極３ａおよび酸素電極
３ｂを形成したものである。この発電膜１の上側には電
極接続用波板４ａ、インタコネクタ５ａが形成され、下
側には電極接続用波板４ｂ、インタコネクタ５ｂが形成
されている。図２に示すように、燃料電極３ａと電極接
続用波板４ａとは導電性接合剤６により接合されてい
る。また、電極接続用波板４ａとインタコネクタ５ａと
も導電性接合剤により接合されている。同様に、酸素電
極３ｂと電極接続用波板４ｂおよび電極接続用波板４ｂ
とインタコネクタ５ｂも導電性接合剤により接合されて
いる。燃料電極３ａには、導電性が高く、固体電解質で
あるＹＳＺ膜との密着性が良好で、温度１０００℃およ
び水素雰囲気という使用環境において安定であることが
要求される。 【０００３】従来、燃料電極の材料としては、一般的に
酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）との混合物（ＮｉＯ／ＹＳＺサーメット）が
使用されている。このうち、酸化ニッケルは、還元雰囲
気下で還元されて金属ニッケルとなることにより、電極
に高い導電性を与える。また、イットリア安定化ジルコ
ニアは、酸素イオン導電性を有し電極反応を円滑にする
とともに、ＹＳＺ固体電解質膜との焼きつけ性を向上さ
せる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、ＮｉＯ／ＹＳ
Ｚからなる燃料電極を用いた場合、ＹＳＺ固体電解質膜
と熱膨張係数が大きく異なることから問題が生じる。す
なわち、室温から１０００℃までの平均で、８モル％イ
ットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質膜の熱膨
張係数は１０．２×１０-6℃-1であるのに対し、ＹＳＺ
含有量１０〜４０ｗｔ％のＮｉＯ／ＹＳＺサーメットか
らなる燃料電極の熱膨張係数は１３〜１２×１０-6℃-1
である。これは、ＮｉＯの熱膨張係数が１４×１０-6℃
-1と高いためである。このように燃料電極は、固体電解
質との熱膨張係数の差が２〜３×１０-6℃-1（約２０〜
３０％）と大きいため、ＳＯＦＣの運転温度の変化また
は発停により、クラックが入ったり剥離するトラブルが
発生するという問題がある。 【０００５】本発明の目的は、燃料電極の熱膨張係数を
低下させると同時に固体電解質との接合力を強くして、
固体電解質との熱膨張係数の不一致による燃料電極の剥
離などによる性能低下を防止することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の固体電解質燃料
電池の燃料電極材料は、ＮｉＯ：５０〜８５重量部、イ
ットリア安定化ジルコニア：１０〜３０重量部、および
ＺｒＴｉＯ4 、ＨｆＴｉＯ4 、およびＺｒＳｉＯ4 から
なる群より選択される少なくとも１種：５〜２０重量部
を含有することを特徴とする。 【０００７】 【発明の実施の形態】本発明の固体電解質燃料電池用電
極材料に用いられるＺｒＴｉＯ4 、ＨｆＴｉＯ4 または
ＺｒＳｉＯ4 は、燃料電極の熱膨張係数を低下させると
ともに、燃料電極の固体電解質膜に対する付着性を向上
し、温度変化に対する耐久性を向上させる。これらの成
分の含有量を５〜２０重量部と規定したのは、５重量部
未満では燃料電極の熱膨張係数を低下させることができ
ず、逆に２０重量部を超えると燃料電極の導電性が低下
するためである。 【０００８】なお、本発明の電極材料は、リバーシブル
作動のＳＯＥ（固体酸化物水蒸気電解）にも適用可能で
ある。 【０００９】 【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例１ 酸化ニッケル、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）、およびジルコニウムチタン酸化物を所定の割合で
混合し、有機溶媒としてブチルカルビトールを加え、ロ
ールミルを用いて混練してペーストを調製した。なお、
有機溶媒としては粉体の分散性を向上できるものであれ
ばよく、ブチルカルビトールの代わりに例えばテレピン
油、ブタノールなどを用いてもよい。 【００１０】２３ｍｍφのＹＳＺ膜（厚さ２５０μｍ）
の両面に、それぞれ燃料電極としてＮｉＯ−ＹＳＺ−Ｚ
ｒＴｉＯ4 電極材料を、酸素電極としてＬＳＭ（Ｌａ
0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ3 ）８０重量部−ＹＳＺ２０重量部
を１０ｍｍφの大きさにスクリーン印刷した後、焼き付
けて発電膜を作製した。さらに、図１に示すように、波
板、インタコネクタを接合した。 【００１１】発電試験を実施し、発電特性及び電極の付
着性を検討した。図３に、良好な発電特性及び電極の付
着性を示す組成範囲を示す。この図に示されるように、
ＮｉＯ：５０〜８５重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量
部、およびＺｒＴｉＯ4 ：５〜２０重量部の範囲が好適
である。 【００１２】実施例２ ＮｉＯ：６０重量部または７０重量部、ＺｒＴｉＯ4 ：
５〜２０重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量部の範囲で各
成分を配合した。混合粉をプレス成形して約３ｍｍ×３
ｍｍ×３０ｍｍの大きさの成形体を得た。得られた成形
体を１５００℃で４時間焼結して焼結体を得た。得られ
た焼結体について、導電率（直流４端子法）および熱膨
張係数を測定した。なお、燃料電極は還元雰囲気で使用
するため、水素雰囲気で測定を実施した。 【００１３】図４に１０００℃における導電率の測定結
果を示す。図４において横軸はＺｒＴｉＯ4 含有量（重
量部）、縦軸は導電率（Ｓ／ｃｍ）である。図５に熱膨
張係数の測定結果を示す。図５において横軸はＺｒＴｉ
Ｏ4 含有量（重量部）、縦軸は室温から１０００℃まで
の平均熱膨張係数（×１０-6℃-1）である。いずれの図
でも○印はＮｉＯ量が７０重量部、△印はＮｉＯ量が６
０重量部の場合である。 【００１４】図４に示されるように、ＺｒＴｉＯ4 含有
量が２０重量部を超えると導電率が低下している。この
ことから、ＺｒＴｉＯ4 含有量は２０重量部以下に抑え
ることが好ましいことがわかる。 【００１５】図５に示されるように、熱膨張係数はＺｒ
ＴｉＯ4 含有量が増加するにしたがって低下している。
したがって、燃料電極の熱膨張係数をＹＳＺ固体電解質
膜の熱膨張係数１０．２×１０-6℃-1に合致させるとい
う観点からは、ＺｒＴｉＯ4含有量が多いほど好ましい
ことがわかる。 【００１６】実施例３ 酸化ニッケル、ＹＳＺ、およびハフニウムチタン酸化物
を所定の割合で混合し、有機溶媒としてブチルカルビト
ールを加え、ロールミルを用いて混練してペーストを調
製した。 【００１７】２３ｍｍφのＹＳＺ膜（厚さ２５０μｍ）
の両面に、それぞれ燃料電極としてＮｉＯ−ＹＳＺ−Ｈ
ｆＴｉＯ4 電極材料を、酸素電極としてＬＳＭ（Ｌａ
0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ3 ）８０重量部−ＹＳＺ２０重量部
を１０ｍｍφの大きさにスクリーン印刷した後、焼き付
けて発電膜を作製した。さらに、図１に示すように、波
板、インタコネクタを接合した。 【００１８】発電試験を実施し、発電特性及び電極の付
着性を検討した。図６に、良好な発電特性及び電極の付
着性を示す組成範囲を示す。この図に示されるように、
ＮｉＯ：５０〜８５重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量
部、およびＨｆＴｉＯ4 ：５〜２０重量部の範囲が好適
である。 【００１９】実施例４ ＮｉＯ：６０重量部または７０重量部、ＨｆＴｉＯ4 ：
５〜２０重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量部の範囲で各
成分を配合した。混合粉をプレス成形して約３ｍｍ×３
ｍｍ×３０ｍｍの大きさの成形体を得た。得られた成形
体を１５００℃で４時間焼結して焼結体を得た。得られ
た焼結体について、導電率（直流４端子法）および熱膨
張係数を測定した。なお、燃料電極は還元雰囲気で使用
するため、水素雰囲気で測定を実施した。 【００２０】図７に１０００℃における導電率の測定結
果を示す。図７において横軸はＨｆＴｉＯ4 含有量（重
量部）、縦軸は導電率（Ｓ／ｃｍ）である。図８に熱膨
張係数の測定結果を示す。図８において横軸はＨｆＴｉ
Ｏ4 含有量（重量部）、縦軸は室温から１０００℃まで
の平均熱膨張係数（×１０-6℃-1）である。いずれの図
でも○印はＮｉＯ量が７０重量部、△印はＮｉＯ量が６
０重量部の場合である。 【００２１】図７に示されるように、ＨｆＴｉＯ4 含有
量が２０重量部を超えると導電率が低下している。この
ことから、ＨｆＴｉＯ4 含有量は２０重量部以下に抑え
ることが好ましいことがわかる。 【００２２】図８に示されるように、熱膨張係数はＨｆ
ＴｉＯ4 含有量が増加するにしたがって低下している。
したがって、燃料電極の熱膨張係数をＹＳＺ固体電解質
膜の熱膨張係数１０．２×１０-6℃-1に合致させるとい
う観点からは、ＨｆＴｉＯ4含有量が多いほど好ましい
ことがわかる。 【００２３】実施例５ 酸化ニッケル、ＹＳＺ、およびジルコニウムシリコン酸
化物を所定の割合で混合し、有機溶媒としてブチルカル
ビトールを加え、ロールミルを用いて混練してペースト
を調製した。 【００２４】２３ｍｍφのＹＳＺ膜（厚さ２５０μｍ）
の両面に、それぞれ燃料電極としてＮｉＯ−ＹＳＺ−Ｚ
ｒＳｉＯ4 電極材料を、酸素電極としてＬＳＭ（Ｌａ
0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ3 ）８０重量部−ＹＳＺ２０重量部
を１０ｍｍφの大きさにスクリーン印刷した後、焼き付
けて発電膜を作製した。さらに、図１に示すように、波
板、インタコネクタを接合した。 【００２５】発電試験を実施し、発電特性及び電極の付
着性を検討した。図９に、良好な発電特性及び電極の付
着性を示す組成範囲を示す。この図に示されるように、
ＮｉＯ：５０〜８５重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量
部、およびＺｒＳｉＯ4 ：５〜２０重量部の範囲が好適
である。 【００２６】実施例６ ＮｉＯ：６０重量部または７０重量部、ＺｒＳｉＯ4 ：
５〜２０重量部、ＹＳＺ：１０〜３０重量部の範囲で各
成分を配合した。混合粉をプレス成形して約３ｍｍ×３
ｍｍ×３０ｍｍの大きさの成形体を得た。得られた成形
体を１５００℃で４時間焼結して焼結体を得た。得られ
た焼結体について、導電率（直流４端子法）および熱膨
張係数を測定した。なお、燃料電極は還元雰囲気で使用
するため、水素雰囲気で測定を実施した。 【００２７】図１０に１０００℃における導電率の測定
結果を示す。図１０において横軸はＺｒＳｉＯ4 含有量
（重量部）、縦軸は導電率（Ｓ／ｃｍ）である。図１１
に熱膨張係数の測定結果を示す。図１１において横軸は
ＺｒＳｉＯ4 含有量（重量部）、縦軸は室温から１００
０℃までの平均熱膨張係数（×１０-6℃-1）である。い
ずれの図でも○印はＮｉＯ量が７０重量部、△印はＮｉ
Ｏ量が６０重量部の場合である。 【００２８】図１０に示されるように、ＺｒＳｉＯ4 含
有量が２０重量部を超えると導電率が低下している。こ
のことから、ＺｒＳｉＯ4 含有量は２０重量部以下に抑
えることが好ましいことがわかる。 【００２９】図１１に示されるように、熱膨張係数はＺ
ｒＳｉＯ4 含有量が増加するにしたがって低下してい
る。したがって、燃料電極の熱膨張係数をＹＳＺ固体電
解質膜の熱膨張係数１０．２×１０-6℃-1に合致させる
という観点からは、ＺｒＳｉＯ4 含有量が多いほど好ま
しいことがわかる。 【００３０】 【００３１】 【００３２】 【００３３】 【００３４】 【００３５】 【００３６】 【００３７】 【００３８】 【００３９】 【００４０】 【発明の効果】以上詳述したように本発明の電極材料を
用いれば、燃料電極の熱膨張係数を低下させると同時に
固体電解質との接合力を強くして、固体電解質との熱膨
張係数の不一致による燃料電極の剥離などによる性能低
下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固体電解質燃料電池の構成を示す分解斜視図。
【図２】固体電解質燃料電池の発電膜と電極接続用波板
との接続状態を示す断面図。 【図３】本発明の燃料電極材料の適正範囲を示すＮｉ
Ｏ、ＹＳＺ、ＺｒＴｉＯ4 の三元組成図。 【図４】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＺｒＴｉＯ4
燃料電極の導電率を示す図。 【図５】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＺｒＴｉＯ4
燃料電極の熱膨張係数を示す図。 【図６】本発明の燃料電極材料の適正範囲を示すＮｉ
Ｏ、ＹＳＺ、ＨｆＴｉＯ4 の三元組成図。 【図７】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＨｆＴｉＯ4
燃料電極の導電率を示す図。 【図８】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＨｆＴｉＯ4
燃料電極の熱膨張係数を示す図。 【図９】本発明の燃料電極材料の適正範囲を示すＮｉ
Ｏ、ＹＳＺ、ＺｒＳｉＯ4 の三元組成図。 【図１０】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＺｒＳｉＯ
4 燃料電極の導電率を示す図。 【図１１】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＺｒＳｉＯ
4 燃料電極の熱膨張係数を示す図。 【符号の説明】 １…発電膜 ２…ＹＳＺ膜 ３ａ…燃料電極 ３ｂ…酸素電極 ４ａ、４ｂ…電極接続用波板 ５ａ、５ｂ…インタコネクタ ６…導電性接合剤
との接続状態を示す断面図。 【図３】本発明の燃料電極材料の適正範囲を示すＮｉ
Ｏ、ＹＳＺ、ＺｒＴｉＯ4 の三元組成図。 【図４】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＺｒＴｉＯ4
燃料電極の導電率を示す図。 【図５】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＺｒＴｉＯ4
燃料電極の熱膨張係数を示す図。 【図６】本発明の燃料電極材料の適正範囲を示すＮｉ
Ｏ、ＹＳＺ、ＨｆＴｉＯ4 の三元組成図。 【図７】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＨｆＴｉＯ4
燃料電極の導電率を示す図。 【図８】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＨｆＴｉＯ4
燃料電極の熱膨張係数を示す図。 【図９】本発明の燃料電極材料の適正範囲を示すＮｉ
Ｏ、ＹＳＺ、ＺｒＳｉＯ4 の三元組成図。 【図１０】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＺｒＳｉＯ
4 燃料電極の導電率を示す図。 【図１１】本発明におけるＮｉＯ−ＹＳＺ−ＺｒＳｉＯ
4 燃料電極の熱膨張係数を示す図。 【符号の説明】 １…発電膜 ２…ＹＳＺ膜 ３ａ…燃料電極 ３ｂ…酸素電極 ４ａ、４ｂ…電極接続用波板 ５ａ、５ｂ…インタコネクタ ６…導電性接合剤
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フロントページの続き
(72)発明者 武信 弘一
兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番
１号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
(56)参考文献 特開 平５−225986（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−274921（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 4/86 - 4/88
H01M 8/02,8/12
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ＮｉＯ：５０〜８５重量部、イットリア
安定化ジルコニア：１０〜３０重量部、およびＺｒＴｉ
Ｏ4 、ＨｆＴｉＯ4 、およびＺｒＳｉＯ4 からなる群よ
り選択される少なくとも１種：５〜２０重量部を含有す
ることを特徴とする固体電解質燃料電池の燃料電極材
料。
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|---|---|---|---|
| JP03792197A JP3389040B2 (ja) | 1996-12-11 | 1997-02-21 | 固体電解質燃料電池用電極材料 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-330784 | 1996-12-11 | ||
| JP33078496 | 1996-12-11 | ||
| JP03792197A JP3389040B2 (ja) | 1996-12-11 | 1997-02-21 | 固体電解質燃料電池用電極材料 |
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|---|---|---|---|
| JP03792197A Expired - Fee Related JP3389040B2 (ja) | 1996-12-11 | 1997-02-21 | 固体電解質燃料電池用電極材料 |
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| KR101276690B1 (ko) * | 2011-05-27 | 2013-06-19 | 포항공과대학교 산학협력단 | 전극 반응층이 개선된 고체산화물 연료 전지 및 그 제조 방법 |
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-
1997
- 1997-02-21 JP JP03792197A patent/JP3389040B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10228911A (ja) | 1998-08-25 |
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