JP3448242B2 - 固体電解質燃料電池 - Google Patents
固体電解質燃料電池Info
- Publication number
- JP3448242B2 JP3448242B2 JP15661899A JP15661899A JP3448242B2 JP 3448242 B2 JP3448242 B2 JP 3448242B2 JP 15661899 A JP15661899 A JP 15661899A JP 15661899 A JP15661899 A JP 15661899A JP 3448242 B2 JP3448242 B2 JP 3448242B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- electrode
- fuel cell
- electrolyte element
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
-
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体電解質燃料電池
に関し、更に詳細には酸素イオン伝導型の固体電解質基
板の両面に電極が形成されて成る固体電解質素子を具備
し、前記固体電解質素子のカソード側の電極に酸素を含
む気体が供給されると共に、アノード側の電極に燃料と
してのメタンガスが供給される固体電解質燃料電池に関
する。
に関し、更に詳細には酸素イオン伝導型の固体電解質基
板の両面に電極が形成されて成る固体電解質素子を具備
し、前記固体電解質素子のカソード側の電極に酸素を含
む気体が供給されると共に、アノード側の電極に燃料と
してのメタンガスが供給される固体電解質燃料電池に関
する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質燃料電池は、火力発電等の発
電効率に比較して、高効率の発電効率が期待できるた
め、現在、多くの研究がなされている。かかる固体電解
質燃料電池には、図１０に示す様に、イットリア（Ｙ2
Ｏ3 ）が添加された安定化ジルコニア（以下、単にＹＳ
Ｚと称することがある）から成る焼成体（以下、ＹＳＺ
焼成体と称することがある）を酸素イオン伝導型の固体
電解質基板１００として用い、この固体電解質基板１０
０の両面に電極１０２、１０４ａが形成された固体電解
質素子１０６が設けられている。この固体電解質素子１
０６の電極１０２、１０４ａのうち、電極１０２は、ラ
ンタンストロンチウムマンガンオキサイド〔（Ｌａ0.85
Ｓｒ0.15）0.90ＭｎＯ3〕によって形成され、カソード
として用いられている。この電極１０２側には、酸素又
は酸素含有気体が供給される。他方の電極１０４ａは、
多孔質白金層によって形成されてアノードとして用いら
れる。この電極１０４ａ側には、燃料としてのメタンガ
スが供給される。
電効率に比較して、高効率の発電効率が期待できるた
め、現在、多くの研究がなされている。かかる固体電解
質燃料電池には、図１０に示す様に、イットリア（Ｙ2
Ｏ3 ）が添加された安定化ジルコニア（以下、単にＹＳ
Ｚと称することがある）から成る焼成体（以下、ＹＳＺ
焼成体と称することがある）を酸素イオン伝導型の固体
電解質基板１００として用い、この固体電解質基板１０
０の両面に電極１０２、１０４ａが形成された固体電解
質素子１０６が設けられている。この固体電解質素子１
０６の電極１０２、１０４ａのうち、電極１０２は、ラ
ンタンストロンチウムマンガンオキサイド〔（Ｌａ0.85
Ｓｒ0.15）0.90ＭｎＯ3〕によって形成され、カソード
として用いられている。この電極１０２側には、酸素又
は酸素含有気体が供給される。他方の電極１０４ａは、
多孔質白金層によって形成されてアノードとして用いら
れる。この電極１０４ａ側には、燃料としてのメタンガ
スが供給される。
【０００３】かかる図１０に示す固体電解質素子１０６
の電極１０２に供給された酸素（Ｏ2 ）は、電極１０２
と固体電解質基板１００との境界で酸素イオン（Ｏ2-）
にイオン化され、この酸素イオン（Ｏ2-）は、固体電解
質基板１００によって電極１０４ａに伝導される。電極
１０４ａに伝導された酸素イオン（Ｏ2-）は、電極１０
４ａに供給されたメタン（ＣＨ4 ）ガスと反応し、水
（Ｈ2 Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、水素（Ｈ2 ）、一
酸化炭素（ＣＯ）が生成される。かかる反応の際に、酸
素イオンが電子を放出するため、電極１０２と電極１０
４ａとの間に電位差が生じる。このため、電極１０２、
１０４ａを取出線１０８によって電気的に接続すること
により、電極１０４ａの電子は電極１０２の方向（矢印
の方向）に取出線１０８を流れ、固体電解質燃料電池か
ら電気を取り出すことができる。尚、かかる図１０に示
す固体電解質燃料電池の作動温度は、約１０００℃であ
る。
の電極１０２に供給された酸素（Ｏ2 ）は、電極１０２
と固体電解質基板１００との境界で酸素イオン（Ｏ2-）
にイオン化され、この酸素イオン（Ｏ2-）は、固体電解
質基板１００によって電極１０４ａに伝導される。電極
１０４ａに伝導された酸素イオン（Ｏ2-）は、電極１０
４ａに供給されたメタン（ＣＨ4 ）ガスと反応し、水
（Ｈ2 Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、水素（Ｈ2 ）、一
酸化炭素（ＣＯ）が生成される。かかる反応の際に、酸
素イオンが電子を放出するため、電極１０２と電極１０
４ａとの間に電位差が生じる。このため、電極１０２、
１０４ａを取出線１０８によって電気的に接続すること
により、電極１０４ａの電子は電極１０２の方向（矢印
の方向）に取出線１０８を流れ、固体電解質燃料電池か
ら電気を取り出すことができる。尚、かかる図１０に示
す固体電解質燃料電池の作動温度は、約１０００℃であ
る。
【０００４】図１０に示す固体電解質素子１０６は、高
温の作動温度に対して耐久性を有するものの、発生電流
密度や放電電流密度等の発電特性の程度が低く、これら
の向上が求められていた。このため、図１１に示す固体
電解質素子１１０が使用されつつある。この固体電解質
素子１１０は、ＹＳＺから成る固体電解質基板１１２に
よって実質的に形成されており、この固体電解質基板１
１２の一面側に、アノードとしての電極１０４ｂに形成
されている。かかる電極１０４ｂは、固体電解質基板１
１２を形成するＹＳＺと、ニッケル（Ｎｉ）及びニッケ
ル酸化物（ＮｉＯ）から成るサーメット粒子１１４、１
１４・・とが混合されて形成されているものである。
尚、固体電解質基板１１２の他面側に形成されたカソー
ドとしての電極１０２は、図１０に示す固体電解質素子
１０６の電極１０２と同様に、ランタンストロンチウム
マンガンオキサイドから成る。
温の作動温度に対して耐久性を有するものの、発生電流
密度や放電電流密度等の発電特性の程度が低く、これら
の向上が求められていた。このため、図１１に示す固体
電解質素子１１０が使用されつつある。この固体電解質
素子１１０は、ＹＳＺから成る固体電解質基板１１２に
よって実質的に形成されており、この固体電解質基板１
１２の一面側に、アノードとしての電極１０４ｂに形成
されている。かかる電極１０４ｂは、固体電解質基板１
１２を形成するＹＳＺと、ニッケル（Ｎｉ）及びニッケ
ル酸化物（ＮｉＯ）から成るサーメット粒子１１４、１
１４・・とが混合されて形成されているものである。
尚、固体電解質基板１１２の他面側に形成されたカソー
ドとしての電極１０２は、図１０に示す固体電解質素子
１０６の電極１０２と同様に、ランタンストロンチウム
マンガンオキサイドから成る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図１１に示す固体電解
質素子１１０（以下、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解
質素子１１０と称することがある）を用いた固体電解質
燃料電池によれば、放電電流密度や発生電流密度等の発
電特性を、図１０に示す固体電解質素子１０６を用いた
固体電解質燃料電池よりも向上できる。しかし、図１１
に示す固体電解質素子１１０を用いた固体電解質燃料電
池は、安定して電力を取り出すことのできる作動温度は
約９２０℃以上であり、９２０℃未満の作動温度では、
安定して電力を取り出すことは困難である。一方、９２
０℃以上の作動温度では、固体電解質基板１１０の活性
が次第に低下する現象が発生するため、固体電解質基板
１１０の耐熱性の向上が求められている。また、アノー
ドとしての電極１０４ｂ側に燃料として供給するメタン
ガスとして、水分が除去されたドライ状態のメタンガス
を供給すると、メタンガスと酸素イオンとの反応性が不
充分であり、固体電解質燃料電池の性能が充分に発揮さ
れない。このため、現状では、メタンガスと酸素イオン
との反応性を確保すべく、水分含有のウエットなメンタ
ンガスを電極１０４ｂ側に供給している。しかしなが
ら、メタンガスと高温水蒸気との反応は吸熱反応である
ため、電極１０４ｂ側の温度が低下すると共に、反応温
度の低下に伴って生成した炭素が電極１０４ｂに付着す
ることによって、固体電解質素子１１０の活性低下を促
進し、安定した発電が困難である。そこで、本発明の課
題は、放電電流密度や発生電流密度等の発電特性及び固
体電解質素子の耐熱性を可及的に向上し得る固体電解質
燃料電池を提供することにある。
質素子１１０（以下、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解
質素子１１０と称することがある）を用いた固体電解質
燃料電池によれば、放電電流密度や発生電流密度等の発
電特性を、図１０に示す固体電解質素子１０６を用いた
固体電解質燃料電池よりも向上できる。しかし、図１１
に示す固体電解質素子１１０を用いた固体電解質燃料電
池は、安定して電力を取り出すことのできる作動温度は
約９２０℃以上であり、９２０℃未満の作動温度では、
安定して電力を取り出すことは困難である。一方、９２
０℃以上の作動温度では、固体電解質基板１１０の活性
が次第に低下する現象が発生するため、固体電解質基板
１１０の耐熱性の向上が求められている。また、アノー
ドとしての電極１０４ｂ側に燃料として供給するメタン
ガスとして、水分が除去されたドライ状態のメタンガス
を供給すると、メタンガスと酸素イオンとの反応性が不
充分であり、固体電解質燃料電池の性能が充分に発揮さ
れない。このため、現状では、メタンガスと酸素イオン
との反応性を確保すべく、水分含有のウエットなメンタ
ンガスを電極１０４ｂ側に供給している。しかしなが
ら、メタンガスと高温水蒸気との反応は吸熱反応である
ため、電極１０４ｂ側の温度が低下すると共に、反応温
度の低下に伴って生成した炭素が電極１０４ｂに付着す
ることによって、固体電解質素子１１０の活性低下を促
進し、安定した発電が困難である。そこで、本発明の課
題は、放電電流密度や発生電流密度等の発電特性及び固
体電解質素子の耐熱性を可及的に向上し得る固体電解質
燃料電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等は前記課題を
解決すべく検討したところ、図１２に示す固体電解質素
子２００を用いた固体電解質燃料電池によれば、図１０
に示す固体電解質燃料電池よりも、放電電流密度や発生
電流密度等の発電特性を向上でき、且つ９２０℃未満の
作動温度でも安定して発電できることを知った。このた
め、本発明者等の一部は、図１２に示す固体電解質素子
２００を用いた固体電解質燃料電池について、Progress
in Batteries & Battery Materials,Vol.17,April(199
8),p.137-143において提案した。この図１２に示す固体
電解質素子２００は、ＹＳＺ焼結体から成る固体電解質
基板１００の両面に電極１０２、１０４ｃが形成されて
おり、カソードとして用いられる電極１０２は、ランタ
ンストロンチウムマンガンオキサイド〔（Ｌａ0.85Ｓｒ
0.15）0.90ＭｎＯ3 〕によって形成されている。また、
アノードとして用いられる電極１０４ｃを形成する多孔
質白金層には、ＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子２
０２、２０２・・が配合されているものである。しかし
ながら、図１２に示す固体電解質素子２００の放電電流
密度や発生電流密度等の発電特性も依然として不充分な
水準であった。
解決すべく検討したところ、図１２に示す固体電解質素
子２００を用いた固体電解質燃料電池によれば、図１０
に示す固体電解質燃料電池よりも、放電電流密度や発生
電流密度等の発電特性を向上でき、且つ９２０℃未満の
作動温度でも安定して発電できることを知った。このた
め、本発明者等の一部は、図１２に示す固体電解質素子
２００を用いた固体電解質燃料電池について、Progress
in Batteries & Battery Materials,Vol.17,April(199
8),p.137-143において提案した。この図１２に示す固体
電解質素子２００は、ＹＳＺ焼結体から成る固体電解質
基板１００の両面に電極１０２、１０４ｃが形成されて
おり、カソードとして用いられる電極１０２は、ランタ
ンストロンチウムマンガンオキサイド〔（Ｌａ0.85Ｓｒ
0.15）0.90ＭｎＯ3 〕によって形成されている。また、
アノードとして用いられる電極１０４ｃを形成する多孔
質白金層には、ＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子２
０２、２０２・・が配合されているものである。しかし
ながら、図１２に示す固体電解質素子２００の放電電流
密度や発生電流密度等の発電特性も依然として不充分な
水準であった。
【０００７】このため、本発明者等は、放電電流密度や
発生電流密度等の発電特性及び固体電解質素子の熱的化
学安定性を更に向上し得る固体電解質燃料電池について
検討を行った結果、アノード側の電極を形成する多孔質
白金層に、ＣｏＮｉＯ2 から成る金属粒子を配合した固
体電解質素子を具備する電解質燃料電池、或いはアノー
ド側の電極を形成する多孔質白金層の表面に、ＰｄＣｏ
Ｏ2 から成る金属酸化物粒子を分散固定した固体電解質
素子を具備する電解質燃料電池によれば、放電電流密度
や発生電流密度等の発電特性及び固体電解質素子の耐熱
性を著しく向上し得ることを見い出し、本発明に到達し
た。すなわち、本発明は、酸素イオン伝導型の固体電解
質基板の両面に電極が形成されて成る固体電解質素子を
具備し、前記固体電解質素子のカソード側の電極に酸素
又は酸素含有気体が供給されると共に、アノード側の電
極に燃料としてのメタンガスが供給される固体電解質燃
料電池において、該固体電解質素子のアノード側の電極
を実質的に形成する多孔質白金層内に、前記固体電解質
基板によって伝導された酸素イオンとメタンガスとの酸
化反応を促進する酸化触媒としてのＣｏＮｉＯ 2 から成
る金属酸化物粒子が配合されていることを特徴とする固
体電解質燃料電池にある。
発生電流密度等の発電特性及び固体電解質素子の熱的化
学安定性を更に向上し得る固体電解質燃料電池について
検討を行った結果、アノード側の電極を形成する多孔質
白金層に、ＣｏＮｉＯ2 から成る金属粒子を配合した固
体電解質素子を具備する電解質燃料電池、或いはアノー
ド側の電極を形成する多孔質白金層の表面に、ＰｄＣｏ
Ｏ2 から成る金属酸化物粒子を分散固定した固体電解質
素子を具備する電解質燃料電池によれば、放電電流密度
や発生電流密度等の発電特性及び固体電解質素子の耐熱
性を著しく向上し得ることを見い出し、本発明に到達し
た。すなわち、本発明は、酸素イオン伝導型の固体電解
質基板の両面に電極が形成されて成る固体電解質素子を
具備し、前記固体電解質素子のカソード側の電極に酸素
又は酸素含有気体が供給されると共に、アノード側の電
極に燃料としてのメタンガスが供給される固体電解質燃
料電池において、該固体電解質素子のアノード側の電極
を実質的に形成する多孔質白金層内に、前記固体電解質
基板によって伝導された酸素イオンとメタンガスとの酸
化反応を促進する酸化触媒としてのＣｏＮｉＯ 2 から成
る金属酸化物粒子が配合されていることを特徴とする固
体電解質燃料電池にある。
【０００８】また、本発明は、酸素イオン伝導型の固体
電解質基板の両面に電極が形成されて成る固体電解質素
子を具備し、前記固体電解質素子のカソード側の電極に
酸素又は酸素含有気体が供給されると共に、アノード側
の電極に燃料としてのメタンガスが供給される固体電解
質燃料電池において、該固体電解質素子のアノード側の
電極が、前記固体電解質基板の一面側に形成された多孔
質白金層と、前記多孔質白金層の表面に形成され、前記
固体電解質基板によって伝導された酸素イオンとメタン
ガスとの酸化反応を促進する酸化触媒としてのＰｄＣｏ
Ｏ2 から成る金属酸化物粒子が分散固定されて成る層と
から構成されていることを特徴とする固体電解質燃料電
池でもある。これらの本発明において、固体電解質基板
を、イットリアが添加された安定化ジルコニア焼成体に
よって形成し、且つカソード側の電極を、ランタンスト
ロンチウムマンガンオキサイド〔（Ｌａ0.85Ｓｒ0.15）
0.90ＭｎＯ3 〕によって形成することが好適である。
電解質基板の両面に電極が形成されて成る固体電解質素
子を具備し、前記固体電解質素子のカソード側の電極に
酸素又は酸素含有気体が供給されると共に、アノード側
の電極に燃料としてのメタンガスが供給される固体電解
質燃料電池において、該固体電解質素子のアノード側の
電極が、前記固体電解質基板の一面側に形成された多孔
質白金層と、前記多孔質白金層の表面に形成され、前記
固体電解質基板によって伝導された酸素イオンとメタン
ガスとの酸化反応を促進する酸化触媒としてのＰｄＣｏ
Ｏ2 から成る金属酸化物粒子が分散固定されて成る層と
から構成されていることを特徴とする固体電解質燃料電
池でもある。これらの本発明において、固体電解質基板
を、イットリアが添加された安定化ジルコニア焼成体に
よって形成し、且つカソード側の電極を、ランタンスト
ロンチウムマンガンオキサイド〔（Ｌａ0.85Ｓｒ0.15）
0.90ＭｎＯ3 〕によって形成することが好適である。
【０００９】本発明に係る固体電解質燃料電池によれ
ば、固体電解質素子のアノード側の電極を形成する多孔
質白金層内に配合した、メタンガスの酸化触媒としての
ＣｏＮｉＯ 2 から成る金属酸化物粒子、或いは多孔質白
金層の表面に分散固定された、メタンガスの酸化触媒と
してのＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子によって、
メタンの酸化反応を促進できる。このため、図１１に示
すＮｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０を具備
する固体電解質燃料電池に比較して、安定して発電でき
る作動温度幅を広くできる。更に、燃料として供給する
メタンガスも、予め水分を含有させることを要しないド
ライなメタンガスを用いることができる。かかる本発明
に係る固体電解質燃料電池のうち、ＣｏＮｉＯ 2 から成
る金属酸化物粒子がアノード側の電極を形成する多孔質
白金層内に配合された固体電解素子を具備する固体電解
質燃料電池は、アノード側の電極を形成する多孔質白金
層の表面にＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子が分散
固定された固体電解質素子を具備する固体電解質燃料電
池に比較しても、その放電電流密度や発生電流密度等の
発電特性及び熱的化学安定性にも優れている。
ば、固体電解質素子のアノード側の電極を形成する多孔
質白金層内に配合した、メタンガスの酸化触媒としての
ＣｏＮｉＯ 2 から成る金属酸化物粒子、或いは多孔質白
金層の表面に分散固定された、メタンガスの酸化触媒と
してのＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子によって、
メタンの酸化反応を促進できる。このため、図１１に示
すＮｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０を具備
する固体電解質燃料電池に比較して、安定して発電でき
る作動温度幅を広くできる。更に、燃料として供給する
メタンガスも、予め水分を含有させることを要しないド
ライなメタンガスを用いることができる。かかる本発明
に係る固体電解質燃料電池のうち、ＣｏＮｉＯ 2 から成
る金属酸化物粒子がアノード側の電極を形成する多孔質
白金層内に配合された固体電解素子を具備する固体電解
質燃料電池は、アノード側の電極を形成する多孔質白金
層の表面にＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子が分散
固定された固体電解質素子を具備する固体電解質燃料電
池に比較しても、その放電電流密度や発生電流密度等の
発電特性及び熱的化学安定性にも優れている。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に係る固体電解質燃料電池
の一例を説明する概略図を図１に示す。図１に示す固体
電解質燃料電池には、８mol ％のイットリア（Ｙ
2 Ｏ3 ）が添加された安定化ジルコニア（ＹＳＺ）から
成るＹＳＺ焼成体を酸素イオン伝導型の固体電解質基板
１０として用い、この固体電解質基板１０の両面に電極
１２、１４ａが形成された固体電解質素子１６Ａが設け
られている。この固体電解質素子１６Ａの電極１２、１
４ａのうち、電極１２は、ランタンストロンチウムマン
ガンオキサイド〔（Ｌａ0.85Ｓｒ0.15）0.90ＭｎＯ3 〕
によって形成され、カソードとして用いられる。この電
極１２側には、酸素が供給される。他方、電極１４ａ
は、アノードとして用いられ、多孔質白金層によって実
質的に形成されている。この電極１４ａ側には、燃料と
してのメタンガスが供給される。
の一例を説明する概略図を図１に示す。図１に示す固体
電解質燃料電池には、８mol ％のイットリア（Ｙ
2 Ｏ3 ）が添加された安定化ジルコニア（ＹＳＺ）から
成るＹＳＺ焼成体を酸素イオン伝導型の固体電解質基板
１０として用い、この固体電解質基板１０の両面に電極
１２、１４ａが形成された固体電解質素子１６Ａが設け
られている。この固体電解質素子１６Ａの電極１２、１
４ａのうち、電極１２は、ランタンストロンチウムマン
ガンオキサイド〔（Ｌａ0.85Ｓｒ0.15）0.90ＭｎＯ3 〕
によって形成され、カソードとして用いられる。この電
極１２側には、酸素が供給される。他方、電極１４ａ
は、アノードとして用いられ、多孔質白金層によって実
質的に形成されている。この電極１４ａ側には、燃料と
してのメタンガスが供給される。
【００１１】かかる図１に示す固体電解質素子１６Ａの
電極１２に供給された酸素（Ｏ2 ）は、電極１２と固体
電解質基板１０との境界で酸素イオン（Ｏ2-）にイオン
化され、この酸素イオン（Ｏ2-）は、固体電解質基板１
０によって電極１４ａに伝導される。電極１４ａに伝導
された酸素イオン（Ｏ2-）は、電極１４ａ側に供給され
たメタン（ＣＨ4 ）ガスと反応し、水（Ｈ2 Ｏ）、二酸
化炭素（ＣＯ2 ）、水素（Ｈ2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）
を生成する。かかる反応の際に、酸素イオンが電子を放
出するため、電極１２と電極１４ａとの間に電位差が生
じる。このため、電極１２、１４ａを取出線１８によっ
て電気的に接続することにより、電極１４ａの電子は電
極１２の方向（矢印の方向）に取出線１８を流れ、固体
電解質燃料電池から電気を取り出すことができる。
電極１２に供給された酸素（Ｏ2 ）は、電極１２と固体
電解質基板１０との境界で酸素イオン（Ｏ2-）にイオン
化され、この酸素イオン（Ｏ2-）は、固体電解質基板１
０によって電極１４ａに伝導される。電極１４ａに伝導
された酸素イオン（Ｏ2-）は、電極１４ａ側に供給され
たメタン（ＣＨ4 ）ガスと反応し、水（Ｈ2 Ｏ）、二酸
化炭素（ＣＯ2 ）、水素（Ｈ2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）
を生成する。かかる反応の際に、酸素イオンが電子を放
出するため、電極１２と電極１４ａとの間に電位差が生
じる。このため、電極１２、１４ａを取出線１８によっ
て電気的に接続することにより、電極１４ａの電子は電
極１２の方向（矢印の方向）に取出線１８を流れ、固体
電解質燃料電池から電気を取り出すことができる。
【００１２】図１に示す固体電解質素子１６Ａの電極１
４ａは、主として多孔質白金層によて形成されており、
この多孔質白金層内には、メタンガスの酸化触媒として
のＣｏＮｉＯ 2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・・
が配合されている。かかる金属酸化物粒子２０、２０・
・は、電極１４ａに固体電解質基板１０によって伝導さ
れた酸素イオン（Ｏ2-）とメタンとの酸化反応を促進す
ることができ、固体電解質燃料電池の放電電流密度や発
生電流密度等の発電特性を向上できる。この様な電極１
４ａは、予め粉砕されたＣｏＮｉＯ 2 から成る金属酸化
物粒子２０の所定量を白金ペーストに混合して得た混合
ペーストを、ＹＳＺ焼成体の一面側に塗布した後、大気
中、１３００℃で約１時間程の焼成によって形成でき
る。
４ａは、主として多孔質白金層によて形成されており、
この多孔質白金層内には、メタンガスの酸化触媒として
のＣｏＮｉＯ 2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・・
が配合されている。かかる金属酸化物粒子２０、２０・
・は、電極１４ａに固体電解質基板１０によって伝導さ
れた酸素イオン（Ｏ2-）とメタンとの酸化反応を促進す
ることができ、固体電解質燃料電池の放電電流密度や発
生電流密度等の発電特性を向上できる。この様な電極１
４ａは、予め粉砕されたＣｏＮｉＯ 2 から成る金属酸化
物粒子２０の所定量を白金ペーストに混合して得た混合
ペーストを、ＹＳＺ焼成体の一面側に塗布した後、大気
中、１３００℃で約１時間程の焼成によって形成でき
る。
【００１３】また、本発明に係る固体電解質燃料電池の
他の例の概略図を図２に示す。図２に示す固体電解質燃
料電池には、図１に示す固体電解質燃料電池と同様に、
８mol ％のイットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）が添加された安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）から成るＹＳＺ焼成体を酸素イオ
ン伝導型の固体電解質基板１０として用い、この固体電
解質基板１０の両面に電極１２、１４ｂが形成された固
体電解質素子１６Ｂが設けられている。この固体電解質
素子１６Ｂの電極１２、１４ｂのうち、電極１２は、図
１に示す固体電解質燃料電池と同様に、ランタンストロ
ンチウムマンガンオキサイド〔（Ｌａ0.85Ｓｒ0.1 5 ）
0.90ＭｎＯ3 〕によって形成され、カソードとして用い
られる。この電極１２側には、酸素が供給される。他
方、電極１４ｂは、アノードとして用いられる。この電
極１４ｂ側には、燃料としてのメタンガスが供給され
る。
他の例の概略図を図２に示す。図２に示す固体電解質燃
料電池には、図１に示す固体電解質燃料電池と同様に、
８mol ％のイットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）が添加された安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）から成るＹＳＺ焼成体を酸素イオ
ン伝導型の固体電解質基板１０として用い、この固体電
解質基板１０の両面に電極１２、１４ｂが形成された固
体電解質素子１６Ｂが設けられている。この固体電解質
素子１６Ｂの電極１２、１４ｂのうち、電極１２は、図
１に示す固体電解質燃料電池と同様に、ランタンストロ
ンチウムマンガンオキサイド〔（Ｌａ0.85Ｓｒ0.1 5 ）
0.90ＭｎＯ3 〕によって形成され、カソードとして用い
られる。この電極１２側には、酸素が供給される。他
方、電極１４ｂは、アノードとして用いられる。この電
極１４ｂ側には、燃料としてのメタンガスが供給され
る。
【００１４】図２に示す固体電解質燃料電池の電極１４
ｂは、固体電解質基板１０に一面側に形成された多孔質
白金層２２ａと、この多孔質白金層２２ａの表面に、メ
タンガスの酸化触媒として、ＰｄＣｏＯ2 から成る金属
酸化物粒子が分散固定されて成る層２２ｂとから成るも
のである。かかる層２２ｂは、電極１４ｂに固体電解質
基板１０によって伝導された酸素イオン（Ｏ2-）とメタ
ンとの酸化反応を促進することができ、固体電解質燃料
電池の放電電流密度や発生電流密度等の発電特性を向上
することができる。この様な電極１４ｂは、ＹＳＺ焼成
体の一面側に白金ペーストを所定厚さで塗布した後、大
気中、１３００℃で約１時間焼成して多孔質白金層２２
ａを形成する。次いで、この多孔質白金層２２ａ上に、
予め粉砕されたＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子２
０の所定量を有機バインダーに混合して得た混合ペース
トを、ＹＳＺ焼成体の一面側に塗布した後、大気中、８
５０℃で約３時間程の焼成によって形成できる。
ｂは、固体電解質基板１０に一面側に形成された多孔質
白金層２２ａと、この多孔質白金層２２ａの表面に、メ
タンガスの酸化触媒として、ＰｄＣｏＯ2 から成る金属
酸化物粒子が分散固定されて成る層２２ｂとから成るも
のである。かかる層２２ｂは、電極１４ｂに固体電解質
基板１０によって伝導された酸素イオン（Ｏ2-）とメタ
ンとの酸化反応を促進することができ、固体電解質燃料
電池の放電電流密度や発生電流密度等の発電特性を向上
することができる。この様な電極１４ｂは、ＹＳＺ焼成
体の一面側に白金ペーストを所定厚さで塗布した後、大
気中、１３００℃で約１時間焼成して多孔質白金層２２
ａを形成する。次いで、この多孔質白金層２２ａ上に、
予め粉砕されたＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子２
０の所定量を有機バインダーに混合して得た混合ペース
トを、ＹＳＺ焼成体の一面側に塗布した後、大気中、８
５０℃で約３時間程の焼成によって形成できる。
【００１５】図１に示す固体電解質素子１６Ａ又は図２
に示す固体電解質素子１６Ｂの発電特性等を、図３に示
す測定装置を用いて測定した。図３に示す測定装置は、
炉３０で所望温度に保持されている空間３２内に、セラ
ミック製の第１筒体３４が挿入され、この第１筒体３４
の開口端の一方からセラミック製の第２筒体３６が挿入
されている。かかる第２筒体３６の挿入端には、固体電
解質素子１６の電極１４によって第２筒体３６の開口端
の一端が閉じられるように、固体電解質素子１６が設け
られている。この固体電解質素子１６の電極１４の近傍
には、水分を実質的に含有しないドライなメタンガスを
所定流量で供給するメタンガス供給管３８が開口されて
おり、第２筒体３６の他方の開口端近傍には、メタンガ
スの燃焼ガス等が排出される排出配管４２が設けられて
いる。また、固体固体電解質素子１６Ａ又は固体固体電
解質素子１６Ｂの電極１２の近傍には、酸素を所定流量
で供給する酸素供給管４０が第１筒体３４の他方の開口
端から挿入され、供給した酸素の残分等が排出される排
出配管４４が第１筒体３４の他方の開口端に設けられて
いる。更に、第１筒体３４の他方の開口端からは、熱伝
対４６が挿入されており、固体固体電解質素子１６の近
傍の雰囲気温度を測定できるようにしている。尚、第１
筒体３４の両開放端及び第２筒体３６の他方の開放端の
各々は、シリコーンゴム製の栓体４８ａ、４８ｂ、５０
によって閉塞されている。
に示す固体電解質素子１６Ｂの発電特性等を、図３に示
す測定装置を用いて測定した。図３に示す測定装置は、
炉３０で所望温度に保持されている空間３２内に、セラ
ミック製の第１筒体３４が挿入され、この第１筒体３４
の開口端の一方からセラミック製の第２筒体３６が挿入
されている。かかる第２筒体３６の挿入端には、固体電
解質素子１６の電極１４によって第２筒体３６の開口端
の一端が閉じられるように、固体電解質素子１６が設け
られている。この固体電解質素子１６の電極１４の近傍
には、水分を実質的に含有しないドライなメタンガスを
所定流量で供給するメタンガス供給管３８が開口されて
おり、第２筒体３６の他方の開口端近傍には、メタンガ
スの燃焼ガス等が排出される排出配管４２が設けられて
いる。また、固体固体電解質素子１６Ａ又は固体固体電
解質素子１６Ｂの電極１２の近傍には、酸素を所定流量
で供給する酸素供給管４０が第１筒体３４の他方の開口
端から挿入され、供給した酸素の残分等が排出される排
出配管４４が第１筒体３４の他方の開口端に設けられて
いる。更に、第１筒体３４の他方の開口端からは、熱伝
対４６が挿入されており、固体固体電解質素子１６の近
傍の雰囲気温度を測定できるようにしている。尚、第１
筒体３４の両開放端及び第２筒体３６の他方の開放端の
各々は、シリコーンゴム製の栓体４８ａ、４８ｂ、５０
によって閉塞されている。
【００１６】図３に示す測定装置に装着した固体電解質
素子の近傍の雰囲気温度を熱伝対４６によって測定しつ
つ、所望温度となるように炉３０を制御し、図４に示す
放電特性曲線を得た。図４に示す放電特性曲線は、固体
電解質素子の両電極から取り出した取出電圧と取出電流
とを、取出電流の電流量を変化させつつ取出電圧を測定
したものである。この図４のグラフは、横軸に電流密度
（電極単位面積当りの取出電流量）を示し、縦軸に取出
電圧を示す。図４に示す放電特性曲線から明らかなよう
に、固体電解質素子からの取出電流量を多くする（電流
密度を高くする）ほど取出電圧は低下し、取出電圧が零
ボルトとなったときの電流密度が、最大電流密度Ｘであ
る。この最大電流密度Ｘは、固体電解質素子の発電能力
を表す。この最大電流密度Ｘは、図４に示す様に、測定
した放電特性曲線を取出電圧が零ボルトとなるまで外挿
して求めた。かかる図４に示す放電特性曲線を、固体電
解質素子の雰囲気温度を８５０℃（１１２３°Ｋ）に保
持して各種の固体電解質素子について求め、図５に示す
発生電力密度の曲線を得た。図５の縦軸は電力密度（電
圧×電流密度）で横軸は電流密度である。図５に示す発
生電力密度の曲線は凸状曲線であって、その発生電力密
度が最大となる点が大きく且つ凸状曲線の面積が大であ
る程、発電量が大である。
素子の近傍の雰囲気温度を熱伝対４６によって測定しつ
つ、所望温度となるように炉３０を制御し、図４に示す
放電特性曲線を得た。図４に示す放電特性曲線は、固体
電解質素子の両電極から取り出した取出電圧と取出電流
とを、取出電流の電流量を変化させつつ取出電圧を測定
したものである。この図４のグラフは、横軸に電流密度
（電極単位面積当りの取出電流量）を示し、縦軸に取出
電圧を示す。図４に示す放電特性曲線から明らかなよう
に、固体電解質素子からの取出電流量を多くする（電流
密度を高くする）ほど取出電圧は低下し、取出電圧が零
ボルトとなったときの電流密度が、最大電流密度Ｘであ
る。この最大電流密度Ｘは、固体電解質素子の発電能力
を表す。この最大電流密度Ｘは、図４に示す様に、測定
した放電特性曲線を取出電圧が零ボルトとなるまで外挿
して求めた。かかる図４に示す放電特性曲線を、固体電
解質素子の雰囲気温度を８５０℃（１１２３°Ｋ）に保
持して各種の固体電解質素子について求め、図５に示す
発生電力密度の曲線を得た。図５の縦軸は電力密度（電
圧×電流密度）で横軸は電流密度である。図５に示す発
生電力密度の曲線は凸状曲線であって、その発生電力密
度が最大となる点が大きく且つ凸状曲線の面積が大であ
る程、発電量が大である。
【００１７】図５に示す発生電力密度の曲線のうち、曲
線Ａ、Ｂは、図１に示す固体電解質素子１６Ａのもので
ある。曲線Ａは、アノードとしての電極１４ａを形成す
る多孔質白金層に、メタンガスの酸化触媒として、Ｃｏ
ＮｉＯ2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・・を、白
金に対して５wt％配合した固体電解質素子１６Ａの発生
電力密度であり、曲線Ｂは、ＣｏＮｉＯ2 から成る金属
酸化物粒子２０、２０・・に代えて、ＣｏＯから成る金
属粒子２０、２０・・を配合した固体電解質素子１６Ａ
の発生電力密度を示す。更に、曲線Ｆは、図２に示す固
体電解質素子１６Ｂの発生電力密度、すなわちアノード
としての電極１４ｂが、多孔質白金層２２ａと、この多
孔質白金層２２ａの表面に、メタンガスの酸化触媒とし
て、ＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子が分散固定さ
れて成る層２２ｂとによって形成された固体電解質素子
１６Ｂの発生電力密度を示す。また、図５には、図１０
に示す従来の固体電解質燃料電池に用いられていた固体
電解質素子１０６、すなわちアノードとしての電極１０
４ａが多孔質白金のみで形成されている固体電解質素子
１０６の発生電力密度（曲線Ｄ）、図１１に示すＮｉ−
ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０の発生電力密度
（曲線Ｅ）、図１２に示すアノードとしての電極１０４
ｃを形成する多孔質白金層に、ＰｄＣｏＯ2 から成る金
属酸化物粒子２０２、２０２・・が配合されている固体
電解質素子２００（曲線Ｃ）を併せて示す。
線Ａ、Ｂは、図１に示す固体電解質素子１６Ａのもので
ある。曲線Ａは、アノードとしての電極１４ａを形成す
る多孔質白金層に、メタンガスの酸化触媒として、Ｃｏ
ＮｉＯ2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・・を、白
金に対して５wt％配合した固体電解質素子１６Ａの発生
電力密度であり、曲線Ｂは、ＣｏＮｉＯ2 から成る金属
酸化物粒子２０、２０・・に代えて、ＣｏＯから成る金
属粒子２０、２０・・を配合した固体電解質素子１６Ａ
の発生電力密度を示す。更に、曲線Ｆは、図２に示す固
体電解質素子１６Ｂの発生電力密度、すなわちアノード
としての電極１４ｂが、多孔質白金層２２ａと、この多
孔質白金層２２ａの表面に、メタンガスの酸化触媒とし
て、ＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子が分散固定さ
れて成る層２２ｂとによって形成された固体電解質素子
１６Ｂの発生電力密度を示す。また、図５には、図１０
に示す従来の固体電解質燃料電池に用いられていた固体
電解質素子１０６、すなわちアノードとしての電極１０
４ａが多孔質白金のみで形成されている固体電解質素子
１０６の発生電力密度（曲線Ｄ）、図１１に示すＮｉ−
ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０の発生電力密度
（曲線Ｅ）、図１２に示すアノードとしての電極１０４
ｃを形成する多孔質白金層に、ＰｄＣｏＯ2 から成る金
属酸化物粒子２０２、２０２・・が配合されている固体
電解質素子２００（曲線Ｃ）を併せて示す。
【００１８】更に、固体電解素子と作動温度との関係を
図６に示す。図６に示す各曲線は、図４に示す様に、各
種の固体電解素子について測定した放電特性曲線から求
めた最大電流密度Ｘと温度との関係を示す曲線であり、
曲線Ａ〜Ｅまでの各曲線に対応する固体電解質素子は、
図５の場合と同様である。図６から明らかな様に、固体
電解質素子は、その雰囲気温度（作動温度）が高くなる
に従って最大電流密度が上昇、換言すると固体電解質素
子の発電能力が増大することを示す。この図６の横軸の
温度は絶対温度（Ｋ）で表示した。図５及び図６から明
らかなように、多孔質白金層に、メタンガスの酸化触媒
として、ＣｏＮｉＯ2 から成る金属酸化物粒子２０、２
０・・を配合して形成した電極１６ａを具備する固体電
解質素子１６Ａ（曲線Ａ）は、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット
固体電解質素子１１０（曲線Ｅ）に比較して、良好な発
生電力密度及び最大電流密度とを呈し、その発電量及び
発電能力が優れている。また、図１及び図２に示す固体
電解質燃料電池に用いた固体電解素子１６Ａ、１６Ｂの
いずれも、従来の固体電解質燃料電子に用いられた固体
電解素子１０６、２００に比較して、良好な発生電力密
度及び最大電流密度とを呈し、その発電量及び発電能力
が優れている。
図６に示す。図６に示す各曲線は、図４に示す様に、各
種の固体電解素子について測定した放電特性曲線から求
めた最大電流密度Ｘと温度との関係を示す曲線であり、
曲線Ａ〜Ｅまでの各曲線に対応する固体電解質素子は、
図５の場合と同様である。図６から明らかな様に、固体
電解質素子は、その雰囲気温度（作動温度）が高くなる
に従って最大電流密度が上昇、換言すると固体電解質素
子の発電能力が増大することを示す。この図６の横軸の
温度は絶対温度（Ｋ）で表示した。図５及び図６から明
らかなように、多孔質白金層に、メタンガスの酸化触媒
として、ＣｏＮｉＯ2 から成る金属酸化物粒子２０、２
０・・を配合して形成した電極１６ａを具備する固体電
解質素子１６Ａ（曲線Ａ）は、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット
固体電解質素子１１０（曲線Ｅ）に比較して、良好な発
生電力密度及び最大電流密度とを呈し、その発電量及び
発電能力が優れている。また、図１及び図２に示す固体
電解質燃料電池に用いた固体電解素子１６Ａ、１６Ｂの
いずれも、従来の固体電解質燃料電子に用いられた固体
電解素子１０６、２００に比較して、良好な発生電力密
度及び最大電流密度とを呈し、その発電量及び発電能力
が優れている。
【００１９】但し、図５及び図６に示すＮｉ−ＹＳＺサ
ーメット固体電解質素子１１０の発生電力密度及び最大
電流密度は、図１及び図２に示す固体電解素子１６Ａ、
１６Ｂのうち、多孔質白金層に、メタンガスの酸化触媒
として、ＣｏＯから成る金属粒子２０、２０・・を配合
して形成した電極１６ａを具備する固体電解質素子１６
Ａ（曲線Ｂに対応する固体電解質素子）、及び多孔質白
金層２２ａの表面に、メタンガスの酸化触媒として、Ｐ
ｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子が分散固定されて成
る層２２ｂによって形成された電極１６ｂを具備する固
体電解質素子１６Ｂ（曲線Ｆに対応する固体電解質素
子）の発生電力密度及び最大電流密度よりも良好のよう
に見える。しかし、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質
素子１１０は、固体電解質素子１１０の電極１０２、１
０４からの取出電圧と取出電流とを、取出電流を変化さ
せて取出電圧を測定して一連の測定を終了した後、再
度、同様な測定を行うと同一取出電流量であっても低電
圧を呈するようになる。このことを図７の発生電力密度
と電流密度との関係を示すグラフに示す。図６におい
て、「1st run 」は第１回目の測定で測定された発生電
力密度曲線、「2nd run 」は第２回目の測定で測定され
た発生電力密度曲線、及び「3rd run 」は第３回目の測
定で測定された発生電力密度曲線を各々示す。図７から
明らかな様に、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子
１１０の性能は、矢印の方向に次第に劣化する。特に、
取出電流を多くした場合、その劣化が大きくなる。
ーメット固体電解質素子１１０の発生電力密度及び最大
電流密度は、図１及び図２に示す固体電解素子１６Ａ、
１６Ｂのうち、多孔質白金層に、メタンガスの酸化触媒
として、ＣｏＯから成る金属粒子２０、２０・・を配合
して形成した電極１６ａを具備する固体電解質素子１６
Ａ（曲線Ｂに対応する固体電解質素子）、及び多孔質白
金層２２ａの表面に、メタンガスの酸化触媒として、Ｐ
ｄＣｏＯ2 から成る金属酸化物粒子が分散固定されて成
る層２２ｂによって形成された電極１６ｂを具備する固
体電解質素子１６Ｂ（曲線Ｆに対応する固体電解質素
子）の発生電力密度及び最大電流密度よりも良好のよう
に見える。しかし、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質
素子１１０は、固体電解質素子１１０の電極１０２、１
０４からの取出電圧と取出電流とを、取出電流を変化さ
せて取出電圧を測定して一連の測定を終了した後、再
度、同様な測定を行うと同一取出電流量であっても低電
圧を呈するようになる。このことを図７の発生電力密度
と電流密度との関係を示すグラフに示す。図６におい
て、「1st run 」は第１回目の測定で測定された発生電
力密度曲線、「2nd run 」は第２回目の測定で測定され
た発生電力密度曲線、及び「3rd run 」は第３回目の測
定で測定された発生電力密度曲線を各々示す。図７から
明らかな様に、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子
１１０の性能は、矢印の方向に次第に劣化する。特に、
取出電流を多くした場合、その劣化が大きくなる。
【００２０】これに対し、図１及び図２に示す固体電解
質燃料電池に用いた固体電解素子１６Ａ、１６Ｂでは、
Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０が図７に
示す発生電力密度の劣化は見られない。このことを、Ｃ
ｏＮｉＯ2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・・を配
合した多孔質白金層から成る電極１６ａを具備する固体
電解質素子１６Ａの発生電力密度を、図６に示す発生電
力密度の測定と同様に三回繰り返して測定した結果を図
８に示す。図８から明らかな様に、三回の測定の間に固
体電解質素子１６Ａの性能の悪化は見られなかった。更
に、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０の取
出電圧が安定する雰囲気温度は、図９に示す如く、９２
５℃（１１９８°Ｋ）以上、好ましくは９５０℃（１２
２３°Ｋ）以上であり、雰囲気温度が９２５℃（１１９
８°Ｋ）未満では取出電圧が不安定となる。図９におい
ては、雰囲気温度を変える期間中は、メタンガスの供給
を停止しており、雰囲気温度が所望温度となって安定し
たときにメタンガスの供給を開始した。
質燃料電池に用いた固体電解素子１６Ａ、１６Ｂでは、
Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０が図７に
示す発生電力密度の劣化は見られない。このことを、Ｃ
ｏＮｉＯ2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・・を配
合した多孔質白金層から成る電極１６ａを具備する固体
電解質素子１６Ａの発生電力密度を、図６に示す発生電
力密度の測定と同様に三回繰り返して測定した結果を図
８に示す。図８から明らかな様に、三回の測定の間に固
体電解質素子１６Ａの性能の悪化は見られなかった。更
に、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０の取
出電圧が安定する雰囲気温度は、図９に示す如く、９２
５℃（１１９８°Ｋ）以上、好ましくは９５０℃（１２
２３°Ｋ）以上であり、雰囲気温度が９２５℃（１１９
８°Ｋ）未満では取出電圧が不安定となる。図９におい
ては、雰囲気温度を変える期間中は、メタンガスの供給
を停止しており、雰囲気温度が所望温度となって安定し
たときにメタンガスの供給を開始した。
【００２１】一方、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質
素子１１０が安定して作動する９２５℃（１１９８°
Ｋ）以上の雰囲気温度下では、固体電解質素子１１０の
性能劣化が大きくなる。これは、固体電解質基板１１４
に含有されているＮｉ粒子の焼結、或いは電極表面への
炭素付着による電極反応活性の低下に起因していると考
えられる。この点、図１及び図２に示す固体電解質燃料
電池に用いた固体電解素子１６Ａ、１６Ｂでは、Ｎｉ−
ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０の取出電圧が不
安定となる領域の雰囲気温度でも、安定した取出電圧を
得ることができ、且つ９２５℃（１１９８°Ｋ）以上の
雰囲気温度下でも、固体電解質素子１６Ａ、１６Ｂの性
能は安定している。
素子１１０が安定して作動する９２５℃（１１９８°
Ｋ）以上の雰囲気温度下では、固体電解質素子１１０の
性能劣化が大きくなる。これは、固体電解質基板１１４
に含有されているＮｉ粒子の焼結、或いは電極表面への
炭素付着による電極反応活性の低下に起因していると考
えられる。この点、図１及び図２に示す固体電解質燃料
電池に用いた固体電解素子１６Ａ、１６Ｂでは、Ｎｉ−
ＹＳＺサーメット固体電解質素子１１０の取出電圧が不
安定となる領域の雰囲気温度でも、安定した取出電圧を
得ることができ、且つ９２５℃（１１９８°Ｋ）以上の
雰囲気温度下でも、固体電解質素子１６Ａ、１６Ｂの性
能は安定している。
【００２２】この様に、図１及び図２に示す固体電解質
燃料電池は、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１
１０を用いた固体電解質燃料電池に比較して、安定した
発電を行うことができる。唯、多孔質白金層２２ａと、
この多孔質白金層２２ａの表面にＰｄＣｏＯ2 から成る
金属酸化物粒子が分散固定されて成る層２２ｂとによっ
て形成された電極１６ｂを具備する図２に示す固体電解
質素子１６Ｂでは、雰囲気温度が９００℃（１１７３°
Ｋ）を越えると、ＰｄＣｏＯ2 から成る層２２ｂの熱分
解等が発生し易くなる傾向がある。この点、多孔質白金
層にＣｏＮｉＯ2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・
・を配合して形成した電極１４ａを具備する図１に示す
固体電解質素子１６Ａは、雰囲気温度が９００℃（１１
７３°Ｋ）を越えても熱分解等が発生せず、良好な耐熱
性を呈する。かかる図１に示す固体電解質素子１６Ａに
おいても、金属酸化物粒子２０、２０・・として、Ｃｏ
ＮｉＯ2 を配合して形成した電極１４ａを具備する固体
電解質素子１６Ａは、図５及び図６から明らかなよう
に、最も良好な発生電力密度及び最大電流密度を呈し、
最も優れた発電量と発電能力とを示す。かかるＣｏＮｉ
Ｏ2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・・を多孔質白
金層に配合した電極１４ａを具備する固体電解質素子１
６Ａは得るには、先ず、試薬ＣｏＯと試薬ＮｉＯとの各
々の粉末を混合し、大気中、１３００℃、２４時間程度
の焼成を行った後、粉砕することによって、ＣｏＮｉＯ
2 から成る金属酸化物粒子２０を得る。次いで、この金
属酸化物粒子２０の所定量を白金ペーストに混合して得
た混合ペーストを、ＹＳＺ焼成体の一面側に塗布した
後、大気中、１３００℃で約１時間程の焼成することに
よって、固体電解質素子１６Ａを得ることができる。
燃料電池は、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１
１０を用いた固体電解質燃料電池に比較して、安定した
発電を行うことができる。唯、多孔質白金層２２ａと、
この多孔質白金層２２ａの表面にＰｄＣｏＯ2 から成る
金属酸化物粒子が分散固定されて成る層２２ｂとによっ
て形成された電極１６ｂを具備する図２に示す固体電解
質素子１６Ｂでは、雰囲気温度が９００℃（１１７３°
Ｋ）を越えると、ＰｄＣｏＯ2 から成る層２２ｂの熱分
解等が発生し易くなる傾向がある。この点、多孔質白金
層にＣｏＮｉＯ2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・
・を配合して形成した電極１４ａを具備する図１に示す
固体電解質素子１６Ａは、雰囲気温度が９００℃（１１
７３°Ｋ）を越えても熱分解等が発生せず、良好な耐熱
性を呈する。かかる図１に示す固体電解質素子１６Ａに
おいても、金属酸化物粒子２０、２０・・として、Ｃｏ
ＮｉＯ2 を配合して形成した電極１４ａを具備する固体
電解質素子１６Ａは、図５及び図６から明らかなよう
に、最も良好な発生電力密度及び最大電流密度を呈し、
最も優れた発電量と発電能力とを示す。かかるＣｏＮｉ
Ｏ2 から成る金属酸化物粒子２０、２０・・を多孔質白
金層に配合した電極１４ａを具備する固体電解質素子１
６Ａは得るには、先ず、試薬ＣｏＯと試薬ＮｉＯとの各
々の粉末を混合し、大気中、１３００℃、２４時間程度
の焼成を行った後、粉砕することによって、ＣｏＮｉＯ
2 から成る金属酸化物粒子２０を得る。次いで、この金
属酸化物粒子２０の所定量を白金ペーストに混合して得
た混合ペーストを、ＹＳＺ焼成体の一面側に塗布した
後、大気中、１３００℃で約１時間程の焼成することに
よって、固体電解質素子１６Ａを得ることができる。
【００２３】ところで、ＣｏＮｉＯ2 から成る金属粒子
２０、２０・・が多孔質白金層に配合された電極１４ａ
を具備する固体電解質素子１６Ａが最も高性能を発揮し
得る雰囲気温度は、７００〜９５０℃である。かかる温
度範囲では、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１
１０は、取出電圧が不安定となる領域である。この様
に、比較的低温で高性能を発揮し得る固体電解質素子１
６Ａを用いることによって、固体電解質燃料電池を形成
する部品の耐熱性の条件を緩和される。このため、固体
電解質燃料電池の製造コストの低減を図ることができ
る。
２０、２０・・が多孔質白金層に配合された電極１４ａ
を具備する固体電解質素子１６Ａが最も高性能を発揮し
得る雰囲気温度は、７００〜９５０℃である。かかる温
度範囲では、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット固体電解質素子１
１０は、取出電圧が不安定となる領域である。この様
に、比較的低温で高性能を発揮し得る固体電解質素子１
６Ａを用いることによって、固体電解質燃料電池を形成
する部品の耐熱性の条件を緩和される。このため、固体
電解質燃料電池の製造コストの低減を図ることができ
る。
【００２４】
【発明の効果】本発明に係る固体電解質燃料電池によれ
ば、性能が充分に発揮できる温度範囲が広く且つ良好な
発電特性を呈する。このため、固体電解質燃料電池によ
る発電を更に効率的に行うことができ、且つ固体電解質
燃料電池の製造コスト等の低減を図ることができる結
果、固体電解質燃料電池の更に一層の普及を図ることが
できる。
ば、性能が充分に発揮できる温度範囲が広く且つ良好な
発電特性を呈する。このため、固体電解質燃料電池によ
る発電を更に効率的に行うことができ、且つ固体電解質
燃料電池の製造コスト等の低減を図ることができる結
果、固体電解質燃料電池の更に一層の普及を図ることが
できる。
【図１】本発明に係る固体電解質燃料電池の一例を説明
するための概略図である。
するための概略図である。
【図２】本発明に係る固体電解質燃料電池の他の例を説
明するための概略図である。
明するための概略図である。
【図３】固体電解質素子の発電特性等を測定する測定装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図４】図３に示す測定装置で測定した固体電解質素子
の放電特性を説明するためのグラフである。
の放電特性を説明するためのグラフである。
【図５】種々の固体電解質素子の発生電力密度と取出電
流密度との関係を示すグラフである。
流密度との関係を示すグラフである。
【図６】各種の固体電解質素子の最大電流密度と温度と
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図７】従来の固体電解質素子の発生電力密度を繰り返
し測定したとき、発生電力密度の変化を示すグラフであ
る。
し測定したとき、発生電力密度の変化を示すグラフであ
る。
【図８】本発明に係る固体電解質素子の発生電力密度を
繰り返し測定したとき、発生電力密度の変化を示すグラ
フである。
繰り返し測定したとき、発生電力密度の変化を示すグラ
フである。
【図９】従来の固体電解質素子の雰囲気温度と取出電圧
との関係を説明するチャートである。
との関係を説明するチャートである。
【図１０】従来の固体電解質燃料電池の概略を説明する
ための概略図である。
ための概略図である。
【図１１】従来の固体電解質燃料電池に使用されていた
固体電解質素子の構造を説明するめの断面図である。
固体電解質素子の構造を説明するめの断面図である。
【図１２】従来の固体電解質燃料電池に使用されていた
固体電解質素子の改良例を説明するための断面図であ
る。
固体電解質素子の改良例を説明するための断面図であ
る。
１０ 固体電解質基板
１２ 電極（カソード）
１４ａ、１４ｂ 電極（アノード）
１６Ａ、１６Ｂ 固体電解質素子
１８ 取出線
２０ 金属粒子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 菅沼 茂明
長野県長野市大字栗田字舎利田711番地
新光電気工業株式会社内
(56)参考文献 特開 平９−92294（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−309768（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−85586（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−21929（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−54131（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−45293（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−75344（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−243872（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−64771（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−140048（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−264188（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−160602（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−80937（ＪＰ，Ａ)
特表2000−508616（ＪＰ，Ａ)
Ｓａｔｏ Ｋ．，”Ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ｉｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ＆ Ｂａ
ｔｔｅｒｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，Ｖ
ｏｌ．17，ｐｐ．137−143，（1998)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 4/86 - 4/98
H01M 8/12
ＣＡ（ＳＴＮ)
ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (3)
- 【請求項１】 酸素イオン伝導型の固体電解質基板の両
面に電極が形成されて成る固体電解質素子を具備し、前
記固体電解質素子のカソード側の電極に酸素又は酸素含
有気体が供給されると共に、アノード側の電極に燃料と
してのメタンガスが供給される固体電解質燃料電池にお
いて、 該固体電解質素子のアノード側の電極を実質的に形成す
る多孔質白金層内に、前記固体電解質基板によって伝導
された酸素イオンとメタンガスとの酸化反応を促進する
酸化触媒としてのＣｏＮｉＯ 2 から成る金属酸化物粒子
が配合されていることを特徴とする固体電解質燃料電
池。 - 【請求項２】 酸素イオン伝導型の固体電解質基板の両
面に電極が形成されて成る固体電解質素子を具備し、前
記固体電解質素子のカソード側の電極に酸素又は酸素含
有気体が供給されると共に、アノード側の電極に燃料と
してのメタンガスが供給される固体電解質燃料電池にお
いて、 該固体電解質素子のアノード側の電極が、前記固体電解
質基板の一面側に形成された多孔質白金層と、前記多孔
質白金層の表面に形成され、前記固体電解質基板によっ
て伝導された酸素イオンとメタンガスとの酸化反応を促
進する酸化触媒としてのＰｄＣｏＯ2 から成る金属酸化
物粒子が分散固定されて成る層とから構成されているこ
とを特徴とする固体電解質燃料電池。 - 【請求項３】 固体電解質基板が、イットリアが添加さ
れた安定化ジルコニア焼成体によって形成され、且つカ
ソード側の電極が、ランタンストロンチウムマンガンオ
キサイド〔（Ｌａ0.85Ｓｒ0.15）0.90ＭｎＯ3 〕によっ
て形成されている請求項１又は請求項２記載の固体電解
質燃料電池。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15661899A JP3448242B2 (ja) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | 固体電解質燃料電池 |
| EP00304590A EP1058329A3 (en) | 1999-06-03 | 2000-05-31 | Solid oxide electrolyte fuel cell |
| US09/584,965 US6379830B1 (en) | 1999-06-03 | 2000-06-02 | Solid electrolyte fuel cell having anode comprising metal oxide particles in a porous platinum layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15661899A JP3448242B2 (ja) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000348736A JP2000348736A (ja) | 2000-12-15 |
| JP3448242B2 true JP3448242B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=15631667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15661899A Expired - Fee Related JP3448242B2 (ja) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6379830B1 (ja) |
| EP (1) | EP1058329A3 (ja) |
| JP (1) | JP3448242B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ301735B6 (cs) | 1999-10-08 | 2010-06-09 | Fuelcell Energy, Ltd. | Kompozitní elektrody pro pevné elektrochemické soucástky a zarízení |
| US6720100B2 (en) | 2000-10-27 | 2004-04-13 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Catalyst for oxidation of gaseous compound |
| WO2008131551A1 (en) | 2007-04-30 | 2008-11-06 | The Governors Of The University Of Alberta | Anode catalyst and methods of making and using the same |
| JP5603736B2 (ja) * | 2010-10-27 | 2014-10-08 | 菊水化学工業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池用単セル |
| JP6483361B2 (ja) * | 2014-06-30 | 2019-03-13 | 日本特殊陶業株式会社 | サーミスタ素子および温度センサ |
| CN105220172B (zh) * | 2015-10-27 | 2017-06-16 | 中国科学技术大学 | 一种将二氧化碳及水蒸气混合气直接转化为富含甲烷的气体的管式结构及其制备方法和应用 |
| CN108735522B (zh) * | 2018-05-25 | 2020-01-03 | 西南大学 | 一种CoNiO2/MXene复合材料及其制备方法和应用 |
| CN116161750B (zh) * | 2023-01-29 | 2023-07-25 | 上海宁和环境科技发展有限公司 | 一种电化学处理废水工艺 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987002715A1 (en) * | 1985-10-29 | 1987-05-07 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Or | Composite electrodes for use in solid electrolyte devices |
| DK167163B1 (da) * | 1991-02-13 | 1993-09-06 | Risoe Forskningscenter | Fastoxidbraendselscelle til oxidation af ch4 |
-
1999
- 1999-06-03 JP JP15661899A patent/JP3448242B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-05-31 EP EP00304590A patent/EP1058329A3/en not_active Withdrawn
- 2000-06-02 US US09/584,965 patent/US6379830B1/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｓａｔｏ Ｋ．，"Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ＆ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ"，Ｖｏｌ．１７，ｐｐ．１３７−１４３，（１９９８） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1058329A3 (en) | 2001-08-16 |
| US6379830B1 (en) | 2002-04-30 |
| EP1058329A2 (en) | 2000-12-06 |
| JP2000348736A (ja) | 2000-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xia et al. | Novel cathodes for low‐temperature solid oxide fuel cells | |
| Huang et al. | Superior perovskite oxide‐ion conductor; strontium‐and magnesium‐doped lagaO3: III, performance tests of single ceramic fuel cells | |
| Maric et al. | Solid Oxide Fuel Cells with Doped Lanthanum Gallate Electrolyte and LaSrCoO3 Cathode, and Ni‐Samaria‐Doped Ceria Cermet Anode | |
| US7659025B2 (en) | Electrode-supported solid state electrochemical cell | |
| EP1532710B1 (en) | Perovskite-based fuel cell electrode and membrane | |
| CN101485018B (zh) | 用于高温燃料电池阳极的陶瓷材料组合 | |
| TWI761479B (zh) | 電化學元件、電化學模組、電化學裝置、能源系統、固態氧化物型燃料電池、及電化學元件之製造方法 | |
| JP5226290B2 (ja) | 固体酸化物型電池 | |
| JP5225336B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
| JP6483837B2 (ja) | 導電部材、セルスタック、モジュール及びモジュール収容装置 | |
| JP4972468B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP5144236B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| JP2008198585A (ja) | 固体酸化物型電池 | |
| JP3448242B2 (ja) | 固体電解質燃料電池 | |
| JP3617814B2 (ja) | アルカリ土類添加ニッケル−鉄系ペロブスカイト型低温動作固体燃料電池用空気極材料 | |
| JP5637652B2 (ja) | 電気化学セルならびにその製造方法および運転方法 | |
| JP3565696B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池の電極の製造方法 | |
| US7297436B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2003308846A (ja) | ペロブスカイト型酸化物及び燃料電池用空気極 | |
| JP5116221B2 (ja) | 酸化銅粒子を含有する電極材料及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池の燃料極の製造方法 | |
| JP5596594B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池セルの燃料極材料，燃料極，固体酸化物形燃料電池セル，および燃料極材料の製造方法 | |
| KR20100108955A (ko) | 고체산화물 연료전지용 공기극 물질 및 그 제조방법 | |
| JP4173029B2 (ja) | 集電部材 | |
| JP2004265742A (ja) | 集電部材の表面処理方法 | |
| JP7395171B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用アノード及び固体酸化物形燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080704 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090704 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100704 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100704 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110704 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120704 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120704 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130704 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |