JP3661676B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池に関する。特には700〜900℃の作動温度においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の固体電解質型燃料電池は、空気極材料としてSrまたはCaを固溶させたランタンマンガナイト、電解質材料としてイットリアを固溶させたジルコニア(以下、YSZと示す。)を用いて、空気極と電解質を直接積層させた電池を使用していた。(例えば、非特許文献1参照。)また、電解質と空気極との間にイットリアを固溶させたジルコニアの薄層を設けて、空気極と電解質の接触抵抗を減らすことができ、出力性能を向上させることができるとしているものもある。(例えば、特許文献1)。さらに、空気極と電解質の間にCaおよび/またはSrを固溶させたランタンマンガナイトとイットリアを固溶させたジルコニアの混合粉末からなる層を設け、空気極と電解質の接触抵抗を減らすことができ、出力性能を向上させることができるとしているものもある。(例えば、特許文献2参照)。
【0003】
【非特許文献1】
笛木和雄・高橋正雄著[燃料電池設計技術]サイエンスフォーラム出版、昭和62年9月30日、P221-230
【特許文献1】
特開平8-180886号公報(第1-4頁、第一図)
【特許文献2】
特開2000-44245号公報(第1-6頁)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
SrまたはCaを固溶させたランタンマンガナイトとガス透過性の無いYSZを積層させる構造であると、空気極と電解質の間で起こる(1)式の反応が電解質表面と空気極が接触している点でのみの反応となり出力性能が低いという問題があった。O+4e-→2O2- … (1)
【0005】
特許文献1および特許文献2の方法を採用すれば、作動温度が900〜1000℃程度であれば、これらの層を設けることで電池の出力性能は向上する。しかし、作動温度が700℃程度まで下がると、これらの材料自身の電極活性が大きく低下しセルの出力性能は900〜1000℃の場合と比較して大きく低下するという問題があった。
【0006】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、空気極と電解質との間の電極活性を向上させ、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第一の発明は、空気極と、電解質と、燃料極とを備え、前記空気極と前記電解質の間には電極反応層が介在されている固体電解質型燃料電池であって、前記電極反応層は少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含み、連通した開気孔を有し、前記電極反応層は、ランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層、ランタンマンガナイトとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層、ランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層からなる群のいずれか1種の混合体である構成とした。これにより、700℃においても0.6V以上の発電電位を持ち、低温においても安定した発電能力が発揮できるようになる。
【0008】
また第2発明によれば、空気極と、電解質と、燃料極とを備え、前記空気極と前記電解質の間には電極反応層が介在されている固体電解質型燃料電池であって、前記電極反応層は少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含み、連通した開気孔を有し、前記電極反応層は、ランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層、ランタンマンガナイトとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層、ランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層からなる群のいずれか1種の混合体であり、前記電解質は、イットリアあるいはスカンジアを固溶させたジルコニアである構成とした。これにより、700℃においても0.6V以上の発電電位を持ち、低温でも高い出力性能を得ることが可能な固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0009】
この理由は、電極反応層に酸素ガスのイオン化を促進させる機能があるので、空気極と電解質との間で起こる(1)式の反応を効率良く進めることができ、出力性能を向上させることができるためであり、また連通した開気孔を有するので電極反応層全体に酸素ガスを拡散することができ、(1)式の反応を電極反応層全体で起こすことができるためである。
【0010】
上記目的を達成するために第二の発明は、電極反応層が有する細孔径が0.1〜10μmであることを提供する。
【0011】
本発明によれば、電極反応層における細孔径を限定したので(1)式の反応を効率良く進めることができ、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0012】
この理由は、細孔径が0.1μmより小さいと電極反応層における連通した開気孔がほとんどなくなるため、電極反応層に酸素ガスを拡散させることができず出力性能が低下するためで、一方、細孔径が10μmより大きくなると電解質と電極反応層の接点が少なくなるので密着性が低下し、電解質と電極反応層間の接触抵抗が大きくなり、出力性能が低下するためである。
【0013】
ここで示す細孔径とは、以下の方法で求められたものである。SEMで研磨した電極反応層部分の断面写真を撮り、透明なフィルム上に写す。空隙部の大きさを測定し、例えば空隙が円相当のものはその直径が細孔径となり、正方形相当のものは1辺の長さが細孔径として算出する。
【0014】
ここで示す細孔径が0.1〜10μmとは、前記方法で100個の細孔径を測定し、径の小さい順番から並べた際の3番目〜97番目の範囲で測定されたもので、50番目の細孔径に相当するものを指す。すなわち、3%径〜97%径の範囲の細孔径で50%径に相当するものが0.1〜10μmであることを指す。
【0015】
上記目的を達成するために第三の発明は、電極反応層が有する細孔径は、空気極が有する細孔径より小さいことを提供する。
【0016】
本発明によれば、電極反応層と空気極の有する細孔径の関係を限定したので出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0017】
この理由は、電極反応層が有する細孔径が、空気極が有する細孔径より小さいので空気極と電解質を積層させる場合と比較して電解質との密着性が向上し、出力性能が向上するためである。
【0018】
上記目的を達成するために第四の発明は、電極反応層における空隙率が3〜40%であることを提供する。
【0019】
本発明によれば、電極反応層が有する空隙率を限定したので(1)式の反応を効率良く進めることができ、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0020】
この理由は、空隙率が3%より小さいと電極反応層における連通した開気孔が少なすぎるため、電極反応層内を酸素ガスが効率良く拡散することができず出力性能が低下するためで、一方、40%より大きいと電解質と電極反応層の接点が少なくなるので密着性が低下し、電解質と電極反応層間の接触抵抗が大きくなり、出力性能が低下するためである。
【0021】
ここで示す空隙率とは、以下の方法で求められたものである。SEMで研磨した電極反応層部分の断面写真を撮り、透明なフィルム上に空隙部と粒子部を色分けしてトレースする。色分けされたフィルムを画像処理にかけて空隙部の割合を算出する。
【0022】
上記目的を達成するために第五の発明は、電極反応層が有する空隙率は、空気極が有する空隙率以下であることを提供する。
【0023】
本発明によれば電極反応層と空気極が有する空隙率の関係を限定したので出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0024】
この理由は、電極反応層が有する空隙率が、空気極の空隙率以下なので空気極と電解質を積層させる場合と比較して電解質との密着性が向上し、出力性能が向上するためである。
【0025】
上記目的を達成するために第六の発明は、電極反応層における厚みが3〜50μmであることを提供する。
【0026】
本発明によれば電極反応層の厚みを限定したので(1)式の反応を効率良く進めることができ、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0027】
この理由は、電極反応層の厚みが3μmより小さいと(1)式の反応を行える反応場が少なくなるので出力性能が低下し、一方、厚みが50μmより大きいと酸素ガスを電極反応層内に効率良く拡散させることができないので出力性能が低下するためである。
【0028】
上記目的を達成するために第七の発明は、電極反応層における厚みが5〜30μmであることを提供する。
【0029】
本発明によれば電極反応層の厚みをより限定したので(1)式の反応をさらに効率良く進めることができ、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0030】
この理由は、電極反応層の厚みが5〜30μmの範囲であると、(1)式の反応を行える反応場が多く、かつ酸素ガスを電極反応層内に効率良く拡散させることができるためである。
【0031】
上記目的を達成するために第八の発明は、電極反応層における厚みは、空気極における厚みより小さいことを提供する。
【0032】
本発明によれば、電極反応層と空気極の厚みの関係を限定したので出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0033】
この理由は、空気極より電極反応層の方が厚いと、(1)式の反応を効率良く進めることができなくなるためである。
【0034】
上記目的を達成するために第九の発明は、電極反応層がスカンジアを固溶させたジルコニア層(以下、SSZと示す。)、セリウム酸化物層、スカンジアを固溶させたジルコニアとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層(以下、SSZ/セリウム酸化物と示す。)からなる群のいずれか1種であることを提供する。
【0035】
本発明によれば電極反応層としてSSZ、セリウム酸化物、およびSSZ/セリウム酸化物のいずれか1種であるので900℃以下においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0036】
この理由は、従来電極反応層に用いられていたYSZの酸素イオン導電性よりもSSZ、セリウム酸化物、およびSSZ/セリウム酸化物の方が高いためである。
【0037】
上記目的を達成するために第十の発明は、電極反応層にはさらに電子導電率が1000℃で10Scm-1以上となる材料が含まれていることを提供する。
【0038】
本発明によれば、電極反応層にはさらに電子導電性が高い材料が含まれているので(1)式の反応を効率良く進めることができ、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0039】
この理由は、電極反応層に電子導電性が高い材料が含まれるので(1)式に示す反応を促進させることができるためである。電子導電率が10Scm-1より小さい材料のみであると電極反応層においてIR損が生じ、(1)式の反応効率が低下するためである。
【0040】
上記目的を達成するために第十一の発明は、電極反応層がランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層(以下、ランタンマンガナイト/SSZと示す。)、ランタンマンガナイトとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層(以下、ランタンマンガナイト/セリウム酸化物と示す。)、ランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層(以下、ランタンマンガナイト/SSZ/セリウム酸化物と示す。)からなる群のいずれか1種の混合体であることを提供する。
【0041】
本発明によれば、電極反応層として電子導電性の高いランタンマンガナイトと、酸素イオン導電性の高いSSZおよび/またはセリウム酸化物の混合体を選定したので、700〜900℃程度の発電温度においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0042】
この理由は、電子導電性の高いランタンマンガナイトが含まれるので、(1)式の反応を促進させることができることと、700℃程度の低温においても酸素イオン導電性が高いSSZ、セリウム酸化物、およびSSZ/セリウム酸化物が含まれるので生成した酸素イオンを電解質へ効率良く運ぶことができるためである。
【0043】
上記目的を達成するために第十二の発明は、電極反応層におけるSSZにおいてスカンジアの固溶量が3〜12mol%であることを提供している。
【0044】
本発明によれば、SSZの固溶比率を限定したので700〜900℃程度の発電温度においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0045】
スカンジアの固溶量が3〜12mol%であることが好ましい理由は、この範囲の結晶相が安定であることと酸素イオン導電性が高いためである。この酸素イオン導電性が高いという観点からは8〜12mol%固溶されているものがより好ましい。
【0046】
また、3〜12mol%の範囲以外が好ましくないのは3mol%未満では酸素イオン導電性が低く、発電温度が低いと出力性能が低下するためで、一方、12mol%より多いと結晶相が立方晶の他に菱面体晶相が析出し、酸素イオン導電性が低下するためである。
【0047】
上記目的を達成するために第十三の発明は、電極反応層におけるSSZには、さらにCeO2,Gd2O3,Y2O3, Yb2O3などの希土類酸化物および Bi2O3の1種または2種以上の酸化物が固溶され、該酸化物が合計5mol%以下固溶させていることを提供する。
【0048】
本発明によればCeO2,Gd2O3,Y2O3,Yb2O3などの希土類酸化物および Bi2O3の1種または2種以上の酸化物が適量固溶されているので700〜900℃程度の発電温度においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0049】
5mol%以下含まれると好ましいのは酸素イオン導電性が高くなるか、材料の焼結性が向上するか少なくとも一方の効果が生じるためである。すなわち、酸素イオン導電性が向上すれば、出力性能が向上し、焼結性が向上すれば低温焼結が可能となるためである。2種以上固溶させたものは酸素イオン導電性と焼結性の両方の効果が出る可能性があるので好ましい。一方で5mol%より多く含むと結晶層として、立方晶の他に菱面体晶相が析出し、酸素イオン導電性が低下するためである。
【0050】
上記目的を達成するために第十四の発明は、電極反応層におけるランタンマンガナイトは、LaAMnO3(但し、A=CaまたはSrのいずれか)で表されるランタンマンガナイトであることを提供する。
【0051】
本発明によれば、電極反応層をLaAMnO3(但し、A=CaまたはSrのいずれか)で表されるランタンマンガナイトとしたので、電子導電性が高く、700〜900℃における発電温度においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0052】
この理由は、700℃以上の空気雰囲気下で電子導電性が高く、かつ材料として安定であるためである。
【0053】
上記目的を達成するために第十五の発明は、電極反応層におけるセリウム酸化物は、一般式(CeO2)1-2X(B2O3)X(但し、B=Sm,Gd,Yのいずれか一種、0.05≦X≦0.15)で表されることを提供する。
【0054】
本発明によれば、セリウム酸化物の組成を限定したので700〜900℃程度の発電温度においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0055】
この理由は、一般式(CeO2)1-2X(B2O3)X(但し、B=Sm,Gd,Yのいずれか一種、0.05≦X≦0.15)で表される組成は、酸素イオン導電性が高く700℃程度においても(1)式の反応を効率良く進めることができるためである。
【0056】
上記目的を達成するために第十六の発明は、電解質はYSZあるいはSSZであることを提供する。
【0057】
本発明によれば、電解質材料をYSZあるいはSSZとしたので700〜900℃においても高い出力性能を得ることが可能な固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0058】
この理由は、YSZおよびSSZが酸素イオン導電性が高く、材料として安定であるためである。酸素イオン導電性が高いという観点からは適当な量を固溶させたイットリア、スカンジアを固溶させたジルコニアが好ましい。
【0059】
上記目的を達成するために第十七の発明は、空気極は、LaAMnO3(但し、A=CaまたはSrのいずれか)で表されるランタンマンガナイトであることを提供している。
【0060】
本発明によれば空気極における組成を限定したので700〜900℃における発電温度においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0061】
この理由は、700℃以上の空気雰囲気下で電子導電性が高く、かつ材料として安定であるためである。
【0062】
上記目的を達成するために第十八の発明は、燃料極は、NiOとイットリアを固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層(以下、NiO/YSZと示す。)からなることを提供している。
【0063】
本発明によれば燃料極をNiO/YSZとしたので出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0064】
この理由は、Niが含まれるので電子導電性が高いことと、YSZを混合させているのでNiの凝集を抑えることができ、耐久性に優れるためである。ここで示すNiO/YSZとは、NiOとYSZが所定の重量比で均一に混合された層を示す。
【0065】
上記目的を達成するために第十九の発明は、燃料極と電解質の間には、NiOとスカンジアを固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層(以下、、NiO/SSZと示す。)からなる燃料側電極反応が介在されていることを提供する。
【0066】
本発明によれば電解質側にYSZより酸素イオン導電性が高いSSZをNiOと混合させた層を設けたので700℃の作動温度下においても出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供できる。
【0067】
この理由は、燃料側電極反応層の酸素イオン導電性が高いと、電解質と燃料極の間で起こる(3),(4)式を効率良く進めることができるためである。700℃程度の作動温度下でも出力性能が優れるのはSSZの酸素イオン導電性が700℃においても十分高いためである。なお、NiO/SSZおよびNiO/YSZにおけるNiOは燃料電池の運転雰囲気下ではNiに還元され、該層はNi/SSZおよびNi/YSZとなる。
H2+O2-→H2O+2e- … (3)
CO+O2-→CO2+2e- … (4)
【0068】
上記目的を達成するために第二十の発明は、インターコネクターは、Caを固溶させたランタンクロマイトであることを提供する。
【0069】
本発明によればCaを固溶させたランタンクロマイトを採用することでガス透過性の無い膜を作製しやすくかつ電子導電性が高いインターコネクターを作製することができる。
【0070】
この理由は、Ca以外のものを固溶させたランタンクロマイトではガス透過性の無い膜を作製するために1500℃より高い温度の焼成が必要であり、この温度で固体電解質型燃料電池を焼成すると他の構成材料間で反応が起こり、出力性能を低下させるためである。
【0071】
ここで示すガス透過性が無い膜とは、インターコネクターの片面とその反対側面の間に圧力差を設け、その間を透過するガス透過量で評価され、ガス透過量Q≦2.8×10-9ms-1Pa-1(より好ましくはQ≦2.8×10-10ms-1Pa-1)であるものを指す。
【0072】
【発明の実施形態】
本発明における固体電解質型燃料電池について図1を用いて説明する。
図1は、円筒タイプの固体電解質型燃料電池の断面を示す図である。円筒状の空気極支持体1上に帯状のインターコネクター2、電解質3、さらに電解質3の上にインターコネクター2と接触しないように燃料極4が構成されている。空気極支持体の内側にAirを流し、外側に燃料を流すとAir中の酸素が空気極と電解質の界面で酸素イオンに変わり、この酸素イオンが電解質を通って燃料極に達する。そして、燃料ガスと酸素イオンが反応して水および二酸化炭素になる。これらの反応は(3),(4)式で示される。燃料極4とインターコネクター2を接続することによって外部へ電気を取り出すことができる。
H2+O2-→H2O+2e- … (3)
CO+O2-→CO2+2e- … (4)
【0073】
図2は、空気極1と電解質3の間に電極反応層5を、そして電解質3と燃料極4の間に燃料側電極反応層6を設けたタイプについて示した断面図である。電極反応層5は空気極側からの酸素ガスと電子から酸素イオンが生成する(1)式の反応を効率良く行うために設けられた層であり、この電極反応層で生成した酸素イオンが電解質を通って燃料極側に移動する。そして、燃料側電極反応層6で(3),(4)式に示す反応が行われ、燃料極4とインターコネクター2を接続することで外部へ電気を取り出すことができる。それゆえ、700℃程度の低温まで高い出力特性を得るには電極反応層、電解質および燃料側電極反応層が重要となる。
O+4e-→2O2- … (1)
【0074】
本発明における電極反応層の役割は固体電解質型燃料電池の空気雰囲気下で(1)式の反応を効率良く行うことである。このためには、電極反応層としては、少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含み、連通した開気孔を有することが要求される。反応効率を向上させるために細孔径、空隙率等の適正化を図ることが好ましい。この観点から電極反応層としては、細孔径が小さく、空隙率が大きいことが好ましい。
【0075】
本発明における電極反応層は少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含んでいればよく特に限定はない。LaAMnO3(A=Sr or Ca)で表されるランタンマンガナイト、LaSrCoFeO3で表されるランタンコバルタイト、YSZ、SSZなどを挙げることができる。また、電極反応層の組成は空気極と同じであっても良い。
【0076】
電極反応層の材料としては酸素イオン導電性が高いことが好ましい。また、電極反応層にさらに電子導電性を有すると(1)式の反応をより促進させることができることからより好ましい。さらに、電解質材料との熱膨張係数が近く、電解質および空気極との反応性が低く、密着性が良好である材料であることが好ましい。これらのすべての特性に対し良好な材料であれば、700℃程度の低温においても高い出力特性を得ることが可能である。上記観点からSSZ及び/又はセリウム酸化物、ランタンマンガナイト/SSZ、ランタンマンガナイト/セリウム酸化物、SSZ/セリウム酸化物、ランタンマンガナイト/SSZ/セリウム酸化物などが好ましい。
【0077】
本発明における電極反応層に含まれる酸素ガスをイオン化する触媒には酸素イオン導電性が高い材料が含まれていることが好ましい。この理由は、酸素イオン導電率の高い材料が含まれていると電極反応層で生成した酸素イオンを電解質へ効率良く運ぶことができるためである。この観点から酸素イオン導電率としては、1000℃で0.1Scm-1以上あることが好ましい。
【0078】
1000℃で0.1Scm-1以上の酸素イオン導電性を有する材料としては、SSZ、セリウム酸化物、SSZとセリウム酸化物の混合層、YSZ、(La1-xSrxGa1-yMgyO3)や(La1-xSrxGa1-y ―zMgyCozO3)で表されるランタンガレートなどが挙げられる。また、SSZとランタンガレートを混合させたものやSSZにCeO2やBi2O3などを固溶させたものなどもこれに該当するので好ましい。
【0079】
本発明における電極反応層に含まれる電子導電率が1000℃で10Scm-1以上となる材料としては、特に限定はない。LaAMnO3(A=Sr or Ca)で表されるランタンマンガナイト、LaSrCoFeO3で表されるランタンコバルタイト、LaSrFeO3、LaSrFeCoO3、LaNiO3、SmSrCoO3、GdSrCoO3などが挙げられる。
【0080】
本発明における電極反応層におけるランタンマンガナイトとしては、LaAMnO3(A=Sr or Ca)で表されるランタンマンガナイトが好ましいとしているが、700℃以上における電子導電性、材料の安定性等から(La1-xAx)yMnO3におけるx,yの値は0.15≦x≦0.3、0.97≦y≦1の範囲がより好ましい。
【0081】
この理由は、x<0.15、x>0.3の範囲では電子導電性が低下するためで、y<0.97では反応性が高くなり電極反応層の活性を低下させるためで、y>1ではジルコニアと反応してLa2Zr2O7で示される絶縁層を生成するためにセルの出力性能を低下させるためである。
【0082】
本発明における電極反応層におけるランタンマンガナイトは、Ce,Sm,Gd,Pr,Nd,Co,Al,Fe,Cr,Ni,Ca,Sr等を固溶させたものであっても良い。
【0083】
本発明における電極反応層に使用される原料粉末の平均粒子径は、0.5〜10μm程度、BET値が0.5〜20m2g-1程度が好ましい。この理由は、平均粒子径が0.5μmより小さい原料からなる電極反応層では連通した開気孔がほとんどなくなるため酸素ガスの拡散が低く、(1)式の反応を効率よく行うことができないためで、一方10μmより大きい原料から構成された電極反応層では、焼結性が低く空気極および電解質との密着性が低下し出力性能が低下するためである。一方、BET値が0.5m2g-1より小さいもので構成された電極反応層では、(1)式の反応を起こす活性点が少ないため高い出力性能が得られないためで、BET値が20m2g-1より大きいもので構成された電極反応層では連通した開気孔がほとんどなくなるため酸素ガスの拡散が低く、(1)式の反応を効率よく行うことができないためである。
【0084】
本発明における電極反応層は電極活性を高めるために原料粉末の平均粒子径の傾斜やBET値を傾斜させた構造でも良い。例えば、空気極側から電解質方向へ平均粒子径を5μm、3μm、1μmとすることやBET値を1m2g-1、3m2g-1、5m2g-1とするようなものでも良い。(1)式の反応を効率良く行うという観点からは平均粒子径やBET値を傾斜させたものから構成された電極反応層の方が好ましい。
【0085】
ここで示すBET値とは、島津製作所製の流動式比表面積測定装置フローソーブII2300形を用いて測定して得られた値である。また、粒度分布は島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置SALD-2000を用いて測定して得られた値である。さらに、平均粒子径とは、島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置SALD-2000を用いて測定して得られるメディアン径(50%径)の値である。
【0086】
本発明における電極反応層においてランタンマンガナイト/SSZなどの混合体における重量比率については10/90〜90/10程度が好ましい。この理由は、SSZの重量比率が10重量%より小さいと電極反応層における酸素イオン導電性が低下し、(1)式で生成した酸素イオンを電解質へ効率良く送ることができず、出力性能が低下するためで、一方、SSZの重量比率が90重量%より大きいと電極反応層における電子導電性が低下し、(1)式に示す反応が起こりにくくなるためである。
【0087】
本発明における電極反応層においてランタンマンガナイト/SSZなどの混合体を用いる場合、電極活性を高めるために組成を傾斜させた構造でも良い。例えば、空気極側から電解質方向へランタンマンガナイト/SSZ:80/20、50/50、20/80のようなものでも良い。
【0088】
本発明における電極反応層の原料作製法については特に限定はない。SSZ、セリウム酸化物およびランタンマンガナイトについては、粉末混合法、共沈法、噴霧熱分解法、ゾルゲル法などで作製する方法が挙げられる。
【0089】
また、ランタンマンガナイト/SSZなどの混合体における原料合成の場合は、各々の材料を別々に作製後スプレードライ法などの湿式法により混合し、さらに熱処理をして混合体を得る方法や万能攪拌混合機などを用いて混合する乾式法により混合し、さらに熱処理して混合体を得る方法などを挙げることができる。
【0090】
本発明における電解質は、固体電解質型燃料電池の空気雰囲気および燃料ガス雰囲気において酸素イオン導電性が高い、ガス透過性が無い、電子導電性が無いことが好ましい。この観点からイットリアあるいはスカンジアを固溶させたジルコニアが好ましい。また、イットリアとスカンジアを固溶させたジルコニアであっても良い。
【0091】
本発明におけるYSZおよびSSZにおけるイットリアおよびスカンジアの固溶量としては、3〜12mol程度が好ましい。
【0092】
イットリアの固溶範囲を3〜12mol%が好ましい理由は、3モル%未満であると酸素イオン導電性が低くなるためで、一方、12モル%より多いと結晶相が立方晶の他に菱面体晶相が析出し、酸素イオン導電性が低下するためである。
【0093】
しかし、イットリアの固溶量が3〜12mol%の範囲においても900〜1000℃では酸素イオン導電性が高いが900℃を下回ると大きく低下する。それゆえ、700℃程度の低温でYSZを電解質に採用する場合は薄膜にして使用することが好ましい。
【0094】
この理由は薄膜にすることで電解質内部の抵抗ロスを少なくすることができ、700℃でも高い出力性能を得ることができるためである。
【0095】
ここで示す薄膜とは、電解質の膜厚が50μm以下のものを示す。
【0096】
一方、前記スカンジア固溶範囲を3〜12mol%に限定した理由は、3mol%未満であると酸素イオン導電性が低くなるためで、一方、12mol%より多いと結晶相が立方晶の他に菱面体晶相が析出し、酸素イオン導電性が低下するためである。
【0097】
スカンジアの固溶範囲が好ましい理由は、この組成範囲では結晶相が安定であることと酸素イオン導電性が高いためである。この酸素イオン導電性が高いという観点からはスカンジアが8〜12mol%固溶されたものがより好ましい。
【0098】
ここで示すガス透過性が無い電解質とは、電解質の片面とその反対側面の間に圧力差を設け、その間を透過するガス透過量で評価され、ガス透過量Q≦2.8×10-9ms-1Pa-1(より好ましくはQ≦2.8×10-10ms-1Pa-1)であるものを指す。
【0099】
本発明における電解質にはCeO2,Sm2O3,Gd2O3,Bi2O3などを5mol%以下固溶させたものであっても良い。特にスカンジアを固溶させたジルコニアにおいてはこれらの組成を微量含んでいた方が酸素イオン導電性が高くなったり、低温焼結が可能となることから含んでいる方が好ましい。また、ガス透過性が無い電解質を作製するために焼結助剤を微量添加させても良い。焼結助剤としてはAl2O3、SiO2などを挙げることができる。
【0100】
本発明における電解質原料の作製法についてはスカンジアやイットリアの固溶を均一にできる方法であれば良く特に限定はない。共沈法が一般的である。
【0101】
本発明における空気極は固体電解質型燃料電池の空気雰囲気において電子導電性が高い、酸素ガス透過性が高いものであることが好ましい。この観点からはLaAMnO3(A=Sr or Ca)で表されるランタンマンガナイト、LaSrCoFeO3で表されるランタンコバルタイト、LaSrFeO3、LaSrFeCoO3、LaNiO3、SmSrCoO3、GdSrCoO3などが好ましい。
【0102】
本発明における空気極として、LaAMnO3(A=Sr or Ca)で表されるランタンマンガナイトが好ましいとしているが、700℃以上における電子導電性、材料の安定性等から(La1-xAx)yMnO3におけるx,yの値は0.15≦x≦0.3、0.97≦y≦1の範囲がより好ましい。
【0103】
この理由は、x<0.15、x>0.3の範囲では電子導電性が低下するためで、y<0.97では電極反応層の活性を低下させるためで、y>1ではジルコニアと反応してLa2Zr2O7で示される絶縁層を生成するためにセルの出力性能を低下させるためである。
【0104】
本発明における空気極におけるランタンマンガナイトは、Ce,Sm,Gd,Pr,Nd,Co,Al,Fe,Cr,Ni,Ca,Sr等を固溶させたものであっても良い。
【0105】
本発明における空気極原料の作製法については特に限定はない。粉末混合法、共沈法、噴霧熱分解法、ゾルゲル法などで作製する方法が挙げられる。
【0106】
本発明における空気極が有する細孔径としては、電極反応層が有する細孔径より大きいものであれば良く特に限定は無いが、その他の特性として、高い電子導電性を有し、高い酸素ガス透過性を有し、電極反応層との密着性が良好であるものが好ましい。また、本実施形態で示す空気極を支持体としたタイプでは空気極自身に強度が要求されるのでさらに高強度を有するものが好ましい。これらの観点から空気極の細孔径としては、2〜30μm程度、高強度を有することを考慮すると2〜20μm程度が好ましい。
【0107】
本発明における空気極が有する空隙率としては、電極反応層が有する空隙率以上であれば良く特に限定は無いが、その他の特性として、高い電子導電性を有し、高い酸素ガス透過性を有し、電極反応層との密着性が良好であるものが好ましい。また、本実施形態で示す空気極を支持体としたタイプでは空気極自身に強度が要求されるのでさらに高強度を有するものが好ましい。この観点から空気極の空隙率としては、10〜50%程度、高強度を有することを考慮すると10〜45%程度であるものが好ましい。
【0108】
本発明における空気極における厚みは電極反応層より厚いものであれば良く特に限定は無いが、その他の特性として、高い電子導電性を有し、高い酸素ガス透過性を有し、電極反応層との密着性が良好であるものが好ましい。また、本実施形態で示す空気極を支持体としたタイプでは空気極自身に強度が要求されるのでさらに高強度を有するものが好ましい。この観点から空気極の厚みとしては30μm〜3mm程度が好ましく、支持体とした場合を考慮すると1〜3mm程度であるものが好ましい。
【0109】
ここで示す高強度を有するとは圧環強度で10MPa以上を示すものを指す。圧環強度の測定は以下の方法で試験を行い求められたものである。
【0110】
試験機の圧縮治具の間に試料を置き、上下から加圧して破壊させ、そのときの荷重値を用いて以下の式から算出したものである。
σr= P×(D−d)/(I×d) … (5)
(σr:圧環強度、P:破壊荷重、D:試料外径、d:肉厚、I:試料長さ)
【0111】
本発明における燃料極は固体電解質型燃料電池の燃料ガス雰囲気において電子導電性が高い、燃料ガス透過性が高く、(3),(4)式の反応を効率良く行えるものであることが好ましい。この観点からは好ましい材料としてはNiO/YSZ等を挙げることができる。NiOは固体電解質型燃料電池の発電中に還元されてNiとなり、該層はNi/YSZとなる。
【0112】
(3),(4)式の反応を効率良く行うことができ、出力性能を向上させるという観点からは電解質と燃料極の間に燃料側電極反応層を設けることが好ましい。
【0113】
本発明における燃料側電極反応層としては電子導電性と酸素イオン導電性の両方の特性に優れるNiO/SSZが好ましい。NiOは固体電解質型燃料電池の発電中に還元されてNiとなり、該層はNi/SSZとなる。また、NiO/SSZの比率は重量比で10/90〜50/50が好ましい。この理由は、10/90未満では電子導電性が低すぎるためで、一方50/50越えでは酸素イオン導電性が低すぎるためである。
【0114】
本発明のNiO/SSZにおけるSSZのスカンジアの固溶量としては、3〜12mol%が好ましい。この理由は、この範囲であれば酸素イオン導電性が高く(3),(4)の反応を促進させることができるためである。また、酸素イオン導電性が700℃程度の低温下においても高いので700℃程度の低温まで高い出力性能を有する固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【0115】
本発明のNiO/SSZにおけるSSZにはさらにCeO2,Sm2O3,Gd2O3,Bi2O3等が5mol%以下程度固溶されていても良い。また、2種以上固溶させたものであっても良い。これらの材料が固溶されると燃料ガス雰囲気下で酸素イオン導電性の向上だけでなく電子導電性の向上も期待できるので含んでいる方が好ましい。
【0116】
燃料ガス雰囲気下で、酸素イオン導電性が高く、電子導電性が高いという観点からNiOとSSZとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層(以下、NiO/SSZ/セリウム酸化物と示す。)であっても良い。NiOは固体電解質型燃料電池の発電中に還元されてNiとなり、該層はNi/SSZ/セリウム酸化物となる。
【0117】
ここで示すセリウム酸化物とは、セリウムが含まれた酸化物であれば良く特に限定はない。一般式(CeO2)1-2X(B2O3)X (但し、B=Sm,Gd,Yのいずれか一種、0.05≦X≦0.15)で表されるものが酸素イオン導電性が高く、好ましい。
【0118】
本発明における燃料極はIR損を低くするために電子導電性が高いものであることが好ましい。この観点からNiO/YSZの比率は重量比で50/50〜90/10が好ましい。この理由は、50/50未満では電子導電性が低いためで、一方90/10越えではNi粒子の凝集によって出力性能が低下するためである。
【0119】
本発明における燃料極の組成については、NiO/YSZ の他にNiO/SSZ、NiO/カルシウムを固溶させたジルコニア(以下、NiO/CSZと示す)でも良い。SSZよりYSZの方が安価であることからYSZの方が好ましいが、CSZはYSZよりさらに安価であることからコストの観点からはNiO/CSZが最も好ましい。なお、NiO/CSZにおいても燃料電池発電においてはNi/CSZとなる。
【0120】
本発明における燃料極原料の合成法についてはNiO/SSZおよびYSZなどの燃料極材料が均一に混合されていれば良く特に限定はない。共沈法、スプレードライ法などが挙げられる。
【0121】
本発明におけるインターコネクターは固体電解質型燃料電池の空気雰囲気および燃料ガス雰囲気において電子導電性が高い、ガス透過性が無い、酸素イオン導電性が無いものであることが好ましい。この観点からランタンクロマイトが好ましい。
【0122】
ランタンクロマイトは難焼結性であるため固体電解質型燃料電池の焼成温度(1500℃以下)でガス透過性の無いインターコネクターを作製することが難しい。焼結性を向上させるためにCa,Sr,Mgを固溶させて用いていることが好ましい。焼結性が最も高く、固体電解質型燃料電池の他材料と同程度の温度でガス透過性の無い膜を作製できるという点からCaを固溶させたものが最も好ましい。
【0123】
本発明におけるインターコネクターに用いられるCaを固溶させたランタンクロマイトの固溶量については特に限定はない。Ca固溶量が多いほど電子導電性が高くなるが、材料の安定性が低下することからCaの固溶量としては、10〜40モル%程度が好ましい。
【0124】
本発明におけるインターコネクター原料の作製法についてはCaを固溶させたランタンクロマイトの組成を均一に作れることが好ましい。この観点から噴霧熱分解法、クエン酸塩法などが好ましい。
【0125】
本発明における固体電解質型燃料電池の形状については特に限定はなく、平板型、円筒型いずれであっても良い。なお、平板型ではインターコネクターをセパレータと呼び、役割はインターコネクターと同様である。セパレータの場合は、ステンレス等の金属であっても良い。
【0126】
本発明における固体電解質型燃料電池はマイクロチューブのタイプ(外径10mm以下より好ましくは5mm以下)にも適応可能である。
【0127】
【実施例】
(実施例1)
図1に示す円筒型固体電解質型燃料電池に用いた。すなわち、円筒状の空気極支持体1上に帯状のインターコネクター2、電解質3、さらに電解質の上にインターコネクターと接触しないように燃料極4から構成されたものを用いた。また、図2に示すように空気極と電解質の間に電極反応層5が構成され、燃料極4と電解質3の間には燃料側電極反応層6が構成されたものを用いた。
【0128】
(1)空気極支持体の作製
空気極の組成は、La0.75Sr0.25MnO3組成で表されるSrを固溶させたランタンマンガナイトで、共沈法で作製後熱処理して空気電極原料粉末を得た。平均粒子径は、30μmであった。押し出し成形法によって円筒状成形体を作製した。さらに、1500℃で焼成を行い、空気極支持体とした。空気極支持体の細孔径は14μm、空隙率45%、肉厚1.5mmであった。
【0129】
(2)電極反応層の作製
電極反応層としては、ランタンマンガナイト/SSZとし、該組成およびその重量比率としては、La0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50を用いた。La,Sr,Mn,ZrおよびScの各々の硝酸塩水溶液を用いて、前記組成になるように調合した後、シュウ酸を加え沈殿させた。該沈殿物をさらに熱処理し、粒径を制御した後原料粉末を得た。平均粒子径は2μmであった。該電極反応層粉末40重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ポリオキシエタレンアルキルソン酸エステル)1重量部、消泡剤(ソルビタンセスキオレート)1重量部とを混合した後、十分攪拌してスラリーを調整した。このスラリー粘度は100mPasであった。前記スラリーを、空気極支持体(外径15mm、肉厚1.5mm、有効長400mm)上にスラリーコート法で成膜した後に1400℃で焼結させた。厚さは20μmであった。
【0130】
(3)電解質のスラリー作製:
電解質材料はSSZで、該組成は、90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3である。ZrO2 を100℃で加熱した3N以上の濃硝酸に溶解させ、蒸留水で希釈した後、硝酸塩水溶液を得た。Sc2O3についても同様の方法から硝酸塩水溶液を得た。各々の硝酸塩水溶液を前記組成になるように調合し、シュウ酸水溶液を加え、共沈させた。共沈して得られた液を200℃程度で乾燥し、500℃で熱分解、さらに800℃で10時間熱処理をして原料粉末を得た。平均粒子径は0.5μmであった。該粉末40重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ポリオキシエタレンアルキルソン酸エステル)1重量部、消泡剤(ソルビタンセスキオレート)1重量部とを混合した後、十分攪拌してスラリーを調整した。このスラリー粘度は140mPasであった。
【0131】
(4)電解質の作製
電極反応層上に、スラリーコート法で成膜し、1400℃で焼成した。得られた電解質の厚さは、30μmであった。なお、後工程でインターコネクターを成膜する部分についてはマスキングを施し、膜が塗布されないようにしておいた。
【0132】
(5)燃料側電極反応層のスラリー作製
燃料側電極反応層の材料としてはNiO/SSZとし、該組成は、NiO/90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3とし、Ni,ZrおよびSc各々の硝酸塩水溶液を用いて、前記組成になるように調合した後、シュウ酸を加え沈殿させた。該沈殿物をさらに熱処理を施し、粒径を制御して原料を得た。燃料側電極反応層の組成およびその重量比率は、NiO/90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3 =20/80と、50/50の2種類を作製し、平均粒子径はいずれも0.5μmであった。該粉末100重量部と有機溶媒(エタノール)500重量部、バインダー(エチルセルロース)10重量部、分散剤(ポリオキシエタレンアルキルリン酸エステル)5重量部、消泡剤(ソルビタンセスオキオレート)1重量部、可塑剤(DBP)5重量部を混合した後、十分攪拌してスラリーを調整した。このスラリーの粘度は70mPasであった。
【0133】
(6)燃料側電極反応層の作製
面積が150cmになるように電池へマスキングをし、スラリーコート法により電解質上へNiO/90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3 (平均粒子径)=20/80(0.5μm)、50/50(0.5μm)の順に成膜した。膜厚(焼成後)は10μmとした。
【0134】
(7)燃料極のスラリー作製:
燃料極の材料はNiO/YSZとし、該組成は、NiO/90 mol%ZrO2-10mol%Y2O3とし、Ni,ZrおよびY各々の硝酸塩水溶液を用いて、前記組成になるように調合した後、シュウ酸を加え沈殿させた。該沈殿物をさらに熱処理を施し、粒径を制御した後原料を得た。組成およびその重量比率はNiO/90 mol%ZrO2-10mol%Y2O3 =70/30とし、平均粒径が5μmであった。該粉末100重量部と有機溶媒(エタノール)500重量部、バインダー(エチルセルロース)20重量部、分散剤(ポリオキシエタレンアルキルリン酸エステル)5重量部、消泡剤(ソルビタンセスオキオレート)1重量部、可塑剤(DBP)5重量部を混合した後、十分攪拌してスラリーを調整した。このスラリーの粘度は250mPasであった。
【0135】
(8)燃料極の作製
燃料側電極反応層上に燃料極をスラリーコート法により成膜した。膜厚(焼成後)は90μmとした。さらに、燃料側電極反応層と燃料極を1400℃で共焼成した。
【0136】
(9)インターコネクターの作製:
インターコネクターの組成をLa0.80Ca0.20CrO3、で表されるCaを固溶させたランタンクロマイトとし、噴霧熱分解法で作製後、熱処理を施して得た。得られた粉末の平均粒子径は1μmであった。該粉末40重量部を溶媒(エタノール)100重量部、バインダー(エチルセルロース)2重量部、分散剤(ポリオキシエタレンアルキルソン酸エステル)1重量部、消泡剤(ソルビタンセスキオレート)1重量部とを混合した後、十分攪拌してスラリーを調整した。このスラリー粘度は100mPasであった。スラリーコート法によりインターコネクターを成膜し、1400℃で焼成した。焼成後の厚みは40μmであった。
【0137】
(実施例2)
電極反応層の材料をSSZとし、該組成を90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3とし、焼成温度を1350℃にした以外は実施例1と同様にした。
【0138】
(実施例3)
電極反応層の材料をLa0.75Sr0.25MnO3組成で表されるSrを固溶させたランタンマンガナイトとし、原料の平均粒子径を2μmとした以外は実施例1と同様にした。このときの細孔径は2μm、空隙率20%であった。
【0139】
(比較例1)
空気極と電解質の間に電極反応層を設けないこと以外は実施例1と同様にした。
【0140】
(発電試験)
実施例1〜3、比較例1で得られた電池(燃料極有効面積:150cm2)を用いて発電試験を行った。このときの運転条件は以下であった。
▲1▼燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
▲2▼酸化剤:Air
▲3▼発電温度:800℃
▲4▼電流密度:0.3Acm-2
【0141】
【表1】

Figure 0003661676
表1に800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果を示す。同一電流密度においては発電電位が高いものほど出力性能に優れる固体電解質型燃料電池となる。表1に示すようにいずれも比較例1より発電電位が高いことがわかる。以上の結果から空気極と電解質の間に電極反応層を設けることが好ましいことが確認された。
【0142】
細孔径について
(実施例4)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、原料の平均粒子径は0.5μmからなるものを用いて、空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1350℃で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。
【0143】
(実施例5)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、原料の平均粒子径は5μmからなるものを用いて、空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1400℃で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。
【0144】
(実施例6)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、原料の平均粒子径は10μmからなるものを用いて、空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1400℃で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。
【0145】
(実施例7)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、原料の平均粒子径は0.2μmからなるものを用いて、空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1350℃で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。
【0146】
(実施例8)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、原料の平均粒子径は15μmからなるものを用いて、空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1400℃で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。
【0147】
(実施例9)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、原料の平均粒子径は0.5μmからなるものを用いて、空気極表面上にスラリーコート法で成膜した後、1400℃で焼結させたこと以外は実施例1と同様の方法とした。
【0148】
(発電試験)
実施例1、実施例4〜9で得られた電池(燃料極有効面積:150cm2)を用いて発電試験を行った。このときの運転条件は以下であった。
▲1▼燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
▲2▼酸化剤:Air
▲3▼発電温度:800℃
▲4▼電流密度:0.3Acm-2
さらに、発電試験後において、実施例1、実施例4〜9における電極反応層の細孔径を測定した。
【0149】
【表2】
Figure 0003661676
表2に800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果を示す。同一の材料を用いているにも関わらず電極反応層の細孔径によって発電電位が異なっていることがわかる。実施例1、4〜6、9においては発電電位が高いが実施例7、8においては電位が低下していることがわかる。しかし、表1に示した比較例1よりは高いので特に問題はない。以上の結果から電極反応層の細孔径としては発電電位の高い値を呈している0.1〜10μm程度がより好ましいことが確認された。
【0150】
空隙率について
前記発電試験後において、実施例1、実施例4〜9における電極反応層の空隙率を測定した。
【0151】
【表3】
Figure 0003661676
表3に800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果を示す。同一の材料を用いているにも関わらず電極反応層の空隙率によって発電電位が異なっていることがわかる。実施例1、4〜6、9においては発電電位が高いが実施例7、8においては電位が低下していることがわかる。実施例7、8においても電位低下はしているものの比較例1よりは高いので問題はない。以上の結果から電極反応層の空隙率としては発電電位の高い値を呈している3〜40%程度がより好ましいことが確認された。
【0152】
電極反応層の厚みについて
(実施例10)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、厚みが3μmであること以外は実施例1と同様にした。
【0153】
(実施例11)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、厚みが5μmであること以外は実施例1と同様にした。
【0154】
(実施例12)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、厚みが30μmであること以外は実施例1と同様にした。
【0155】
(実施例13)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、厚みが50μmであること以外は実施例1と同様にした。
【0156】
(実施例14)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、厚みが2μmであること以外は実施例1と同様にした。
【0157】
(実施例15)
電極反応層の組成としてはLa0.75Sr0.25MnO3/ 90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3=50/50とし、厚みが55μmであること以外は実施例1と同様にした。
【0158】
(発電試験)
実施例1、実施例10〜15で得られた電池(燃料極有効面積:150cm2)を用いて発電試験を行った。このときの運転条件は以下であった。
▲1▼燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
▲2▼酸化剤:Air
▲3▼発電温度:800℃
▲4▼電流密度:0.3Acm-2
【0159】
【表4】
Figure 0003661676
表4は800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果を示す。同一の材料を用いているにも関わらず電極反応層の厚みによって発電電位が異なっていることがわかる。実施例1、10〜13においては発電電位が高いが実施例14、15においては電位が低下していることがわかる。実施例14、15においても電位低下はしているものの比較例1よりは高いので問題はない。以上の結果から電極反応層の厚みとしては発電電位の高い値を呈している3〜50μm程度が好ましいことが確認された。さらに、実施例1、10〜13で比較をすると実施例1、11,12が出力性能がより高いことから、電極反応層の厚みとしては5〜30μmであるとより好ましいことが確認された。
【0160】
電極反応層材料について
(実施例16)
電極反応層の材料をセリウム酸化物とし、該組成を(CeO2)0.8(Sm2O3)0. としたこと以外は実施例1と同様にした。
【0161】
(実施例17)
電極反応層の材料をSSZ/セリウム酸化物とし、該組成を90 mol%ZrO2-10mol%Sc2O3/(CeO2)0.8(Sm2O3)0. =50/50とした以外は実施例1と同様にした。
【0162】
(実施例18)
電極反応層材料は、ランタンマンガナイト/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.75Sr0.25MnO3/(CeO2)0.8(Sm2O3)0. =50/50とした以外は実施例1と同様にした。
【0163】
(実施例19)
電極反応層材料は、ランタンマンガナイト/SSZ/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.75Sr0.25MnO3/90mol%ZrO2-10mol%Sc2O3 /(CeO2)0.8(Sm2O3)0. =50/25/25とした。原料合成法としてはLa0.75Sr0.25MnO3/90mol%ZrO2-10mol%Sc2O3とLa0.75Sr0.25MnO3/(CeO2)0.8(Sm2O3)0. を各々共沈法で作製した粉末をさらに、La0.75Sr0.25MnO3/90mol%ZrO2-10mol%Sc2O3 /(CeO2)0.8(Sm2O3)0. =50/25/25になるように混合し熱処理をした。これら以外は実施例1と同様にした。
【0164】
(実施例20)
電極反応層材料は、YSZとし、該組成を92mol%ZrO2-8mol%Y2O3とした以外は実施例1と同様にした。
【0165】
(実施例21)
電極反応層材料は、ランタンマンガナイト/YSZとし、該組成をLa0.75Sr0.25MnO3/92mol%ZrO2-8mol%Y2O3=50/50とした以外は実施例1と同様にした。
【0166】
(発電試験)
実施例1、2、16〜21および比較例1の試験電池(燃料極有効面積:150cm2)を用いて以下に示す発電試験を行った。このときの運転条件は以下であった。
▲1▼燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
▲2▼酸化剤:Air
▲3▼発電温度:700〜1000℃
▲4▼電流密度:0.3Acm-2
【0167】
図3に発電温度における発電電位の結果を示す。実施例1、18、19においては700〜1000℃において高い電位を呈しているのがわかる。実施例2、16、17においては実施例1、18、19よりは劣るものの700℃まで比較的高い電位を呈していることがわかる。実施例20、21では900〜1000℃においては高い電位を呈しているが、900℃以下になると電位低下が大きくなっているのがわかる。これに対し、比較例1では1000℃においても実施例より低く、発電温度が低下するにつれさらに電位低下が大きくなっていることがわかる。以上の結果からいずれも比較例1と比較して発電電位が高く好ましいことが確認された。電極反応層がYSZおよびランタンマンガナイト/YSZの場合は900〜1000℃において高い出力性能を有し、電極反応層がSSZ、セリウム酸化物、およびSSZ/セリウム酸化物の場合は900℃以下においても高い出力性能を有し、好ましいことがわかった。さらに、電極反応層がランタンマンガナイト/SSZ,ランタンマンガナイト/セリウム酸化物およびランタンマンガナイト/SSZ/セリウム酸化物の場合、700℃程度においても出力性能に優れ、より好ましいことが確認された。
【0168】
電極反応層におけるスカンジアの固溶量について
(実施例22)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/ 97 mol%ZrO2-3mol%Sc2O3=50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0169】
(実施例23)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/ 92 mol%ZrO2-8mol%Sc2O3=50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0170】
(実施例24)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/ 88 mol%ZrO2-12mol%Sc2O3=50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0171】
(実施例25)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/ 98 mol%ZrO2-2mol%Sc2O3=50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0172】
(実施例26)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/ 85 mol%ZrO2-15mol%Sc2O3=50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0173】
実施例1、実施例22〜26の電池について、以下に示す発電条件で発電試験を行った。
▲1▼燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
▲2▼酸化剤:Air
▲3▼発電温度:800℃
▲4▼電流密度:0.3Acm-2
【0174】
【表5】
Figure 0003661676
【0175】
表5は800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果を示す。実施例1、実施例22〜24は高い電位であるのに対し、実施例25、26においては電位低下が起こっているのがわかる。しかし、実施例25、26においても表1に示す比較例1と比べるとはるかに高い電位を呈していることからこの程度の低下であれば問題ないことがわかった。電位が高いということから電極反応層のSSZにおけるスカンジアの固溶量は3〜12mol%の範囲が好ましいことが確認された。また、実施例1、実施例22〜24のデータを比較すると実施例22の電位が他と比較して低くなっていることからスカンジアの固溶量が8〜12mol%であるとより好ましいことが確認できた。
【0176】
SSZにおけるCeO2等の効果
(実施例27)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/88mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-2mol%CeO2 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0177】
(実施例28)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/85mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-5mol%CeO2 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0178】
(実施例29)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/84mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-6mol%CeO2 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0179】
(実施例30)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/88mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-2mol%Bi2O3 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0180】
(実施例31)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/88mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-2mol%Y2O3 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0181】
(実施例32)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Sr0.25MnO3/88mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-1mol%Y CeO2-1mol%Bi2O3 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0182】
実施例1、実施例27〜32の電池について、以下に示す発電条件で発電試験を行った。
▲1▼燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
▲2▼酸化剤:Air
▲3▼発電温度:800℃
▲4▼電流密度:0.3Acm-2
【0183】
【表6】
Figure 0003661676
表6は800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果を示す。実施例1、実施例27〜29を比較すると実施例27、実施例28は電位が高くなったが実施例29ではむしろ低くなる傾向が見られた。実施例30、実施例31については実施例1と電位としては変わっていないが電極反応層材料の焼結性が向上することが確認された。実施例32では電位が高くなることと電極反応層材料の焼結性が向上することが確認された。以上の結果から、SSZにCeO2を5mol%以下固溶させると出力性能が向上することが確認され、好ましいことがわかった。また、Y2O3やBi2O3を固溶させると焼結性が向上することがわかり、好ましいことがわかった。Gd2O3,Yb2O3等の他の希土類酸化物を5mol%以下固溶させた場合においても出力性能の向上か焼結性の向上のいずれかの効果があることが容易に推測することができるので好ましいと考えられた。
【0184】
(CeO2)1-2x(Sm2O3)xについて
(実施例33)
電極反応層材料は、ランタンマンガナイト/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.75Sr0.25MnO3/ (CeO2)0.9(Sm2O3)0.05=50/50とした以外は実施例1と同様にした。
【0185】
(実施例34)
電極反応層材料は、ランタンマンガナイト/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.75Sr0.25MnO3/ (CeO2)0.7(Sm2O3)0.15=50/50とした以外は実施例1と同様にした。
【0186】
(実施例35)
電極反応層材料は、ランタンマンガナイト/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.75Sr0.25MnO3/ (CeO2)0.75(Sm2O3)0.025=50/50とした以外は実施例1と同様にした。
【0187】
(実施例36)
電極反応層材料は、ランタンマンガナイト/セリウム酸化物とし、該組成をLa0.75Sr0.25MnO3/ (CeO2)0.65(Sm2O3)0.175=50/50とした以外は実施例1と同様にした。
【0188】
実施例18、実施例33〜36の電池について、以下に示す発電条件で発電試験を行った。
▲1▼燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
▲2▼酸化剤:Air
▲3▼発電温度:800℃
▲4▼電流密度:0.3Acm-2
【0189】
【表7】
Figure 0003661676
表7は800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果を示す。実施例18、実施例33〜36を比較すると実施例35、実施例36のx値になると幾分電位が低くなっていることがわかる。以上の結果から(CeO2)1-2x(Sm2O3)xについては0.05≦x≦0.15の範囲がより好ましいことが確認された。なお、本実施例ではSmのみであるが、GdおよびYについても同様の効果があることを容易に推測することができるので好ましいと考えられた。
【0190】
電極反応層におけるランタンマンガナイトの組成について
(実施例37)
電極反応層の組成およびその重量比率をLa0.75Ca0.25MnO3/90mol%ZrO2-10mol%Sc2O3 =50/50にした以外は実施例1と同様にした。
【0191】
実施例1、実施例37の電池について、以下に示す発電条件で発電試験を行った。▲1▼燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
▲2▼酸化剤:Air
▲3▼発電温度:800℃
▲4▼電流密度:0.3Acm-2
【0192】
【表8】
Figure 0003661676
表8は800℃で電流密度0.3Acm-2における発電電位の結果を示す。実施例1と実施例31ではほとんど電位が変わらないことから電極反応層におけるランタンマンガナイトはCaまたはSrを固溶させたランタンマンガナイトのいずれであっても良いことが確認された。
【0193】
電解質材料について
(実施例38)
電解質材料はYSZで、該組成は、92 mol%ZrO2-8mol%Y2O3であること以外は実施例1と同様とした。
【0194】
実施例1、38、比較例1の試験電池(燃料極有効面積:150cm2)を用いて以下に示す発電試験を行った。このときの運転条件は以下であった。
▲1▼燃料:(H2+11%H2O):N2 = 1:2
▲2▼酸化剤:Air
▲3▼発電温度:700〜1000℃
▲4▼電流密度:0.3Acm-2
【0195】
図4に発電温度における発電電位の結果を示す。実施例38は1000℃においてはほぼ同じ電位となるが、900℃以下になると電位低下が見られ700℃程度では実施例1とかなり電位差が大きくなっていることがわかる。しかし、比較例1とは大差がついていることがわかる。以上の結果から、900℃以下の発電温度においては電解質はSSZの方が好ましいが900℃以上ではほぼ同程度であることが確認され、電解質がYSZであっても問題ないことが確認された。
【0196】
実施例1および実施例19および実施例27に示す電極反応層を介在させることによって700℃程度の低温においても0.6V以上の高電位を有する固体電解質型燃料電池を提供することができた。
【0197】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、空気極と電解質の間に少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含み、連通した開気孔を有する電極反応層を設けることによって、出力性能に優れる固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】円筒タイプの固体電解質型燃料電池の断面を示す図である。
【図2】図1に示す固体電解質型燃料電池の空気極、電解質および燃料極構成について詳細に示した断面図である。
【図3】発電温度(横軸)と試験電池の発電電位(縦軸)の関係を示すグラフである。
【図4】発電温度(横軸)と試験電池の発電電位(縦軸)の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1:空気極支持体
2:インターコネクター
3:電解質
4:燃料極
5:電極反応層
6:燃料側電極反応層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid oxide fuel cell excellent in output performance. In particular, the present invention relates to a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at an operating temperature of 700 to 900 ° C.
[0002]
[Prior art]
A conventional solid electrolyte fuel cell uses lanthanum manganite in which Sr or Ca is dissolved as an air electrode material, and zirconia (hereinafter referred to as YSZ) in which yttria is dissolved as an electrolyte material. A battery directly laminated with electrolyte was used. (For example, see Non-Patent Document 1.) Also, a thin layer of zirconia in which yttria is dissolved between the electrolyte and the air electrode can be provided to reduce the contact resistance between the air electrode and the electrolyte. There are some that can be improved. (For example, patent document 1). Furthermore, a layer made of a mixed powder of lanthanum manganite in which Ca and / or Sr is dissolved and zirconia in which yttria is dissolved is provided between the air electrode and the electrolyte to reduce the contact resistance between the air electrode and the electrolyte. Some of them are capable of improving the output performance. (For example, refer to Patent Document 2).
[0003]
[Non-Patent Document 1]
Kazuo Fueki and Masao Takahashi [Fuel Cell Design Technology] Science Forum Publishing, September 30, 1987, P221-230
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-180886 (page 1-4, Fig. 1)
[Patent Document 2]
JP 2000-44245 A (page 1-6)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the structure in which lanthanum manganite in which Sr or Ca is dissolved and YSZ that does not have gas permeability are laminated, the reaction of the formula (1) that occurs between the air electrode and the electrolyte occurs when the electrolyte surface and the air electrode are in contact with each other. There was a problem that the output performance was low due to the reaction only in that point. O2+ 4e-→ 2O2-                                                … (1)
[0005]
If the method of patent document 1 and patent document 2 is employ | adopted, if the operating temperature is about 900-1000 degreeC, the output performance of a battery will improve by providing these layers. However, when the operating temperature is lowered to about 700 ° C., the electrode activity of these materials themselves is greatly reduced, and the output performance of the cell is greatly reduced as compared with the case of 900 to 1000 ° C.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid electrolyte fuel cell that improves electrode activity between an air electrode and an electrolyte and is excellent in output performance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the first invention provides:A solid electrolyte fuel cell comprising an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode, and an electrode reaction layer interposed between the air electrode and the electrolyte, wherein the electrode reaction layer ionizes at least oxygen gas The electrode reaction layer is a layer in which lanthanum manganite and zirconia in which scandia is dissolved is uniformly mixed at a predetermined weight ratio, lanthanum manganite and cerium oxide. Any one of the group consisting of a layer in which lanthanum manganite and scandia are dissolved in a uniform weight ratio, and a layer in which zirconia and cerium oxide are uniformly mixed in a predetermined weight ratio. It was set as the structure which is a body. As a result, a power generation potential of 0.6 V or more is obtained even at 700 ° C., and a stable power generation capability can be exhibited even at low temperatures.
[0008]
  According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell comprising an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode, wherein an electrode reaction layer is interposed between the air electrode and the electrolyte. The reaction layer includes at least a catalyst that ionizes oxygen gas, has open pores that communicate with each other, and the electrode reaction layer is a layer in which lanthanum manganite and zirconia in which scandia is dissolved are uniformly mixed at a predetermined weight ratio. A layer in which lanthanum manganite and cerium oxide are uniformly mixed in a predetermined weight ratio, and a layer in which lanthanum manganite and zirconia in which scandia is dissolved and cerium oxide are uniformly mixed in a predetermined weight ratio. It is a mixture of any one of the groups, and the electrolyte is zirconia in which yttria or scandia is dissolved. As a result, a solid oxide fuel cell having a power generation potential of 0.6 V or higher even at 700 ° C. and capable of obtaining high output performance even at a low temperature can be provided.
[0009]
This is because the electrode reaction layer has a function of promoting ionization of oxygen gas, so that the reaction of the formula (1) occurring between the air electrode and the electrolyte can be advanced efficiently, and the output performance can be improved. This is because it has open pores that communicate with each other, so that oxygen gas can be diffused throughout the electrode reaction layer, and the reaction of formula (1) can occur in the entire electrode reaction layer.
[0010]
In order to achieve the above object, the second invention provides that the pore diameter of the electrode reaction layer is 0.1 to 10 μm.
[0011]
According to the present invention, since the pore diameter in the electrode reaction layer is limited, the reaction of the formula (1) can be advanced efficiently, and a solid oxide fuel cell excellent in output performance can be provided.
[0012]
The reason is that if the pore diameter is smaller than 0.1 μm, there are almost no open pores in the electrode reaction layer, so that oxygen gas cannot be diffused into the electrode reaction layer and the output performance is reduced. This is because the contact point between the electrolyte and the electrode reaction layer is reduced when the thickness is larger than 10 μm, so that the adhesion is lowered, the contact resistance between the electrolyte and the electrode reaction layer is increased, and the output performance is lowered.
[0013]
The pore diameter shown here is determined by the following method. Take a cross-sectional photo of the electrode reaction layer polished with SEM and copy it onto a transparent film. The size of the void portion is measured. For example, when the void is equivalent to a circle, the diameter is the pore diameter, and when the void is square, the length of one side is calculated as the pore diameter.
[0014]
The pore diameter shown here is 0.1 to 10 μm, and 100 pore diameters were measured by the above method and measured in the 3rd to 97th range when arranged in order from the smallest diameter. It corresponds to the pore diameter. That is, the pore diameter in the range of 3% diameter to 97% diameter and corresponding to 50% diameter is 0.1 to 10 μm.
[0015]
In order to achieve the above object, the third invention provides that the pore diameter of the electrode reaction layer is smaller than the pore diameter of the air electrode.
[0016]
According to the present invention, since the relationship between the pore size of the electrode reaction layer and the air electrode is limited, a solid oxide fuel cell excellent in output performance can be provided.
[0017]
This is because the pore diameter of the electrode reaction layer is smaller than the pore diameter of the air electrode, so that the adhesion with the electrolyte is improved and the output performance is improved compared to the case where the air electrode and the electrolyte are laminated. is there.
[0018]
In order to achieve the above object, the fourth invention provides that the porosity of the electrode reaction layer is 3 to 40%.
[0019]
According to the present invention, since the porosity of the electrode reaction layer is limited, the reaction of formula (1) can be advanced efficiently, and a solid oxide fuel cell excellent in output performance can be provided.
[0020]
The reason for this is that if the porosity is less than 3%, there are too few open pores in the electrode reaction layer, so that oxygen gas cannot diffuse efficiently in the electrode reaction layer and the output performance is reduced. If it is larger than 40%, the contact between the electrolyte and the electrode reaction layer is reduced, so that the adhesion is lowered, the contact resistance between the electrolyte and the electrode reaction layer is increased, and the output performance is lowered.
[0021]
The porosity shown here is determined by the following method. A cross-sectional photograph of the electrode reaction layer portion polished by SEM is taken, and the void portion and the particle portion are color-coded and traced on a transparent film. The color-coded film is subjected to image processing to calculate the void ratio.
[0022]
In order to achieve the above object, the fifth invention provides that the porosity of the electrode reaction layer is not more than the porosity of the air electrode.
[0023]
According to the present invention, since the relationship between the porosity of the electrode reaction layer and the air electrode is limited, a solid oxide fuel cell excellent in output performance can be provided.
[0024]
This is because the porosity of the electrode reaction layer is equal to or less than the porosity of the air electrode, so that the adhesion with the electrolyte is improved and the output performance is improved as compared with the case where the air electrode and the electrolyte are laminated.
[0025]
In order to achieve the above object, the sixth invention provides that the thickness of the electrode reaction layer is 3 to 50 μm.
[0026]
According to the present invention, since the thickness of the electrode reaction layer is limited, the reaction of the formula (1) can be efficiently advanced, and a solid oxide fuel cell excellent in output performance can be provided.
[0027]
The reason for this is that if the thickness of the electrode reaction layer is smaller than 3 μm, the reaction field capable of performing the reaction of formula (1) decreases, so that the output performance is reduced. This is because the output performance deteriorates because it cannot be diffused efficiently.
[0028]
In order to achieve the above object, the seventh invention provides that the thickness of the electrode reaction layer is 5 to 30 μm.
[0029]
According to the present invention, since the thickness of the electrode reaction layer is further limited, the reaction of the formula (1) can be further efficiently advanced, and a solid oxide fuel cell excellent in output performance can be provided.
[0030]
The reason for this is that when the thickness of the electrode reaction layer is in the range of 5 to 30 μm, there are many reaction fields capable of performing the reaction of formula (1), and oxygen gas can be efficiently diffused into the electrode reaction layer. is there.
[0031]
In order to achieve the above object, the eighth invention provides that the thickness of the electrode reaction layer is smaller than the thickness of the air electrode.
[0032]
According to the present invention, since the relationship between the electrode reaction layer and the thickness of the air electrode is limited, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance.
[0033]
This is because if the electrode reaction layer is thicker than the air electrode, the reaction of the formula (1) cannot be advanced efficiently.
[0034]
In order to achieve the above object, the ninth invention provides a zirconia layer (hereinafter referred to as SSZ) in which an electrode reaction layer is a solution of scandia, a cerium oxide layer, zirconia and a cerium oxide in which scandia is dissolved. Is any one member of the group consisting of layers uniformly mixed in a predetermined weight ratio (hereinafter referred to as SSZ / cerium oxide).
[0035]
According to the present invention, since the electrode reaction layer is any one of SSZ, cerium oxide, and SSZ / cerium oxide, a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at 900 ° C. or lower can be provided.
[0036]
This is because SSZ, cerium oxide, and SSZ / cerium oxide are higher than the oxygen ion conductivity of YSZ conventionally used for the electrode reaction layer.
[0037]
In order to achieve the above object, according to a tenth invention, the electrode reaction layer further has an electronic conductivity of 10 Scm at 1000 ° C.-1It provides that the material which becomes the above is contained.
[0038]
According to the present invention, since the electrode reaction layer contains a material having higher electronic conductivity, the reaction of the formula (1) can be efficiently advanced, and a solid oxide fuel cell excellent in output performance is provided. be able to.
[0039]
This is because the reaction shown in the formula (1) can be promoted because the electrode reaction layer contains a material having high electronic conductivity. Electronic conductivity is 10Scm-1This is because IR loss occurs in the electrode reaction layer when only a smaller material is used, and the reaction efficiency of the equation (1) is lowered.
[0040]
In order to achieve the above object, according to an eleventh invention, the electrode reaction layer is a layer in which lanthanum manganite and zirconia in which scandia is dissolved is uniformly mixed at a predetermined weight ratio (hereinafter referred to as lanthanum manganite / SSZ). A layer in which lanthanum manganite and cerium oxide are uniformly mixed at a predetermined weight ratio (hereinafter referred to as lanthanum manganite / cerium oxide), zirconia in which lanthanum manganite and scandia are dissolved, and Provided is a mixture of any one of the group consisting of layers (hereinafter referred to as lanthanum manganite / SSZ / cerium oxide) in which cerium oxide is uniformly mixed at a predetermined weight ratio.
[0041]
According to the present invention, since a mixture of lanthanum manganite having a high electron conductivity and SSZ and / or cerium oxide having a high oxygen ion conductivity was selected as the electrode reaction layer, at a power generation temperature of about 700 to 900 ° C. In addition, a solid oxide fuel cell having excellent output performance can be provided.
[0042]
The reason for this is that lanthanum manganite with high electronic conductivity is included, so that the reaction of formula (1) can be promoted, and SSZ, cerium oxide, which has high oxygen ion conductivity even at a low temperature of about 700 ° C. This is because the generated oxygen ions can be efficiently transported to the electrolyte because SSZ / cerium oxide is contained.
[0043]
In order to achieve the above object, the twelfth invention provides that the amount of scandia dissolved in SSZ in the electrode reaction layer is 3 to 12 mol%.
[0044]
According to the present invention, since the solid solution ratio of SSZ is limited, it is possible to provide a solid oxide fuel cell excellent in output performance even at a power generation temperature of about 700 to 900 ° C.
[0045]
The reason why the scandia solid solution amount is preferably 3 to 12 mol% is that the crystal phase in this range is stable and the oxygen ion conductivity is high. From the viewpoint of high oxygen ion conductivity, it is more preferable that the solid solution is 8 to 12 mol%.
[0046]
In addition, the range other than the range of 3 to 12 mol% is not preferable because the oxygen ion conductivity is low at less than 3 mol%, and the output performance is lowered at a low power generation temperature, while the crystal phase is cubic when it exceeds 12 mol%. This is because the rhombohedral crystal phase precipitates and the oxygen ion conductivity decreases.
[0047]
In order to achieve the above object, the thirteenth invention is characterized in that the SSZ in the electrode reaction layer further includes CeO.2, Gd2OThree, Y2OThree, Yb2OThreeRare earth oxide and Bi2OThree1 or 2 or more types of oxides are solid-dissolved, and the oxide is provided as a solid solution of 5 mol% or less in total.
[0048]
According to the present invention CeO2, Gd2OThree, Y2O3,Yb2OThreeRare earth oxide and Bi2OThreeThus, a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at a power generation temperature of about 700 to 900 ° C. can be provided.
[0049]
The content of 5 mol% or less is preferable because the oxygen ion conductivity is increased, the sinterability of the material is improved, or at least one of the effects is produced. That is, if the oxygen ion conductivity is improved, the output performance is improved, and if the sinterability is improved, low-temperature sintering is possible. Those in which two or more kinds are dissolved are preferable because there is a possibility that both oxygen ion conductivity and sinterability can be obtained. On the other hand, if it is contained in an amount of more than 5 mol%, a rhombohedral phase is deposited as a crystal layer in addition to cubic crystals, and oxygen ion conductivity is lowered.
[0050]
To achieve the above object, according to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a lanthanum manganite in an electrode reaction layer comprising LaAMThreeProvided that it is a lanthanum manganite represented by (where A = Ca or Sr).
[0051]
According to the present invention, the electrode reaction layer is made of LaAMnO.ThreeSince the lanthanum manganite represented by (A = Ca or Sr) is provided, a solid oxide fuel cell having high electronic conductivity and excellent output performance even at a power generation temperature of 700 to 900 ° C. is provided. be able to.
[0052]
This is because the electronic conductivity is high and the material is stable in an air atmosphere of 700 ° C. or higher.
[0053]
In order to achieve the above object, the fifteenth invention is the cerium oxide in the electrode reaction layer represented by the general formula (CeO2)1-2X(B2OThree)X(Where B = Sm, Gd, Y, 0.05 ≦ X ≦ 0.15).
[0054]
According to the present invention, since the composition of the cerium oxide is limited, it is possible to provide a solid oxide fuel cell excellent in output performance even at a power generation temperature of about 700 to 900 ° C.
[0055]
This is because the general formula (CeO2)1-2X(B2OThree)X(However, any one of B = Sm, Gd, and Y, 0.05 ≦ X ≦ 0.15) has a high oxygen ion conductivity and allows the reaction of formula (1) to proceed efficiently even at about 700 ° C. It is because it can do.
[0056]
In order to achieve the above object, the sixteenth invention provides that the electrolyte is YSZ or SSZ.
[0057]
According to the present invention, since the electrolyte material is YSZ or SSZ, a solid oxide fuel cell capable of obtaining high output performance even at 700 to 900 ° C. can be provided.
[0058]
This is because YSZ and SSZ have high oxygen ion conductivity and are stable as materials. From the viewpoint of high oxygen ion conductivity, yttria in which an appropriate amount is dissolved and zirconia in which scandia is dissolved are preferable.
[0059]
In order to achieve the above object, the seventeenth invention is the air electrode, LaAMnOThreeIt is provided that it is a lanthanum manganite represented by (where A = Ca or Sr).
[0060]
According to the present invention, since the composition in the air electrode is limited, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at a power generation temperature of 700 to 900 ° C.
[0061]
This is because the electronic conductivity is high and the material is stable in an air atmosphere of 700 ° C. or higher.
[0062]
In order to achieve the above object, according to an eighteenth aspect of the invention, the fuel electrode comprises a layer (hereinafter referred to as NiO / YSZ) in which NiO and zirconia in which yttria is dissolved are uniformly mixed at a predetermined weight ratio. Offering to be.
[0063]
According to the present invention, since the fuel electrode is NiO / YSZ, it is possible to provide a solid oxide fuel cell having excellent output performance.
[0064]
The reason for this is that since Ni is contained, the electron conductivity is high, and since YSZ is mixed, the aggregation of Ni can be suppressed and the durability is excellent. NiO / YSZ shown here indicates a layer in which NiO and YSZ are uniformly mixed at a predetermined weight ratio.
[0065]
In order to achieve the above object, according to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a layer in which zirconia in which NiO and scandia are dissolved is uniformly mixed between a fuel electrode and an electrolyte at a predetermined weight ratio (hereinafter referred to as NiO / The fuel side electrode reaction consisting of SSZ) is interposed.
[0066]
According to the present invention, since a layer in which SSZ, which has higher oxygen ion conductivity than YSZ, is mixed with NiO is provided on the electrolyte side, a solid oxide fuel cell having excellent output performance even at an operating temperature of 700 ° C. can be provided.
[0067]
This is because if the oxygen ion conductivity of the fuel side electrode reaction layer is high, the equations (3) and (4) that occur between the electrolyte and the fuel electrode can be advanced efficiently. The reason why the output performance is excellent even at an operating temperature of about 700 ° C is that the oxygen ion conductivity of SSZ is sufficiently high even at 700 ° C. Note that NiO in NiO / SSZ and NiO / YSZ is reduced to Ni in the operating atmosphere of the fuel cell, and the layer becomes Ni / SSZ and Ni / YSZ.
H2+ O2-→ H2O + 2e-                                … (3)
CO + O2-→ CO2+ 2e-                                … (Four)
[0068]
In order to achieve the above object, the 20th invention provides that the interconnector is lanthanum chromite in which Ca is dissolved.
[0069]
According to the present invention, by using lanthanum chromite in which Ca is dissolved, it is easy to produce a film having no gas permeability and an interconnector having high electronic conductivity can be produced.
[0070]
The reason for this is that lanthanum chromite in which a material other than Ca is dissolved requires firing at a temperature higher than 1500 ° C. in order to produce a film having no gas permeability, and the solid oxide fuel cell is fired at this temperature. This is because a reaction occurs between the other constituent materials to lower the output performance.
[0071]
The non-gas permeable membrane shown here is a pressure difference between one side of the interconnector and the opposite side, and is evaluated by the amount of gas permeated through the gap. Gas permeation Q ≦ 2.8 × 10-9ms-1Pa-1(More preferably Q ≦ 2.8 × 10-Tenms-1Pa-1).
[0072]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a view showing a cross section of a cylindrical solid oxide fuel cell. A strip-shaped interconnector 2 and an electrolyte 3 are formed on a cylindrical air electrode support 1, and a fuel electrode 4 is formed on the electrolyte 3 so as not to contact the interconnector 2. When Air flows inside the air electrode support and fuel flows outside, the oxygen in the Air changes to oxygen ions at the interface between the air electrode and the electrolyte, and these oxygen ions reach the fuel electrode through the electrolyte. The fuel gas and oxygen ions react to form water and carbon dioxide. These reactions are shown by equations (3) and (4). Electricity can be taken out by connecting the fuel electrode 4 and the interconnector 2.
H2+ O2-→ H2O + 2e-                                    … (3)
CO + O2-→ CO2+ 2e-                                    … (Four)
[0073]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a type in which an electrode reaction layer 5 is provided between the air electrode 1 and the electrolyte 3 and a fuel-side electrode reaction layer 6 is provided between the electrolyte 3 and the fuel electrode 4. The electrode reaction layer 5 is a layer provided to efficiently perform the reaction of the formula (1) in which oxygen ions are generated from oxygen gas and electrons from the air electrode side. The oxygen ions generated in the electrode reaction layer are the electrolyte. Move to the fuel electrode side. Then, the reactions shown in the equations (3) and (4) are performed in the fuel side electrode reaction layer 6, and electricity can be taken out by connecting the fuel electrode 4 and the interconnector 2. Therefore, the electrode reaction layer, the electrolyte, and the fuel side electrode reaction layer are important for obtaining high output characteristics up to a low temperature of about 700 ° C.
O2+ 4e-→ 2O2-                                                … (1)
[0074]
The role of the electrode reaction layer in the present invention is to efficiently perform the reaction of the formula (1) in the air atmosphere of the solid oxide fuel cell. For this purpose, the electrode reaction layer is required to have at least a catalyst that ionizes oxygen gas and to have open pores in communication. In order to improve the reaction efficiency, it is preferable to optimize the pore diameter, porosity, and the like. From this viewpoint, the electrode reaction layer preferably has a small pore diameter and a large porosity.
[0075]
The electrode reaction layer in the present invention is not particularly limited as long as it contains at least a catalyst for ionizing oxygen gas. LaAMnOThreeLanthanum manganite represented by (A = Sr or Ca), LaSrCoFeOThreeAnd lanthanum cobaltite, YSZ, SSZ and the like. The composition of the electrode reaction layer may be the same as that of the air electrode.
[0076]
The material for the electrode reaction layer preferably has high oxygen ion conductivity. Further, it is more preferable that the electrode reaction layer further has electronic conductivity because the reaction of the formula (1) can be further promoted. Furthermore, it is preferable that the material has a thermal expansion coefficient close to that of the electrolyte material, low reactivity with the electrolyte and the air electrode, and good adhesion. If the material is satisfactory for all these characteristics, high output characteristics can be obtained even at a low temperature of about 700 ° C. From the above viewpoint, SSZ and / or cerium oxide, lanthanum manganite / SSZ, lanthanum manganite / cerium oxide, SSZ / cerium oxide, lanthanum manganite / SSZ / cerium oxide and the like are preferable.
[0077]
The catalyst for ionizing oxygen gas contained in the electrode reaction layer in the present invention preferably contains a material having high oxygen ion conductivity. This is because oxygen ions generated in the electrode reaction layer can be efficiently transported to the electrolyte when a material having high oxygen ion conductivity is included. From this viewpoint, the oxygen ion conductivity is 0.1 Scm at 1000 ° C.-1It is preferable that there is more.
[0078]
0.1Scm at 1000 ℃-1The materials having the above oxygen ion conductivity include SSZ, cerium oxide, a mixed layer of SSZ and cerium oxide, YSZ, (La1-xSrxGa1-yMgyOThree) And (La1-xSrxGa1-y ―ZMgyCozOThreeLanthanum gallate represented by). Also, SSZ mixed with lanthanum gallate or SSZ with CeO2Or Bi2OThreeSince these correspond to this, it is preferable.
[0079]
The electron conductivity contained in the electrode reaction layer in the present invention is 10 Scm at 1000 ° C.-1There is no limitation in particular as a material used as the above. LaAMnOThreeLanthanum manganite represented by (A = Sr or Ca), LaSrCoFeOThreeLanthanum cobaltite represented by LaSrFeOThree, LaSrFeCoOThree, LaNiOThree, SmSrCoOThree, GdSrCoOThreeEtc.
[0080]
As lanthanum manganite in the electrode reaction layer in the present invention, LaAMnOThreeThe lanthanum manganite represented by (A = Sr or Ca) is preferred, but from the viewpoint of electronic conductivity at 700 ° C or higher, material stability, etc.1-xAx)yMnOThreeThe values of x and y in are preferably in the range of 0.15 ≦ x ≦ 0.3 and 0.97 ≦ y ≦ 1.
[0081]
This is because the electron conductivity decreases in the range of x <0.15 and x> 0.3, the reactivity increases when y <0.97 and the activity of the electrode reaction layer decreases, and when y> 1, it reacts with zirconia. La2Zr2O7This is because the output performance of the cell is lowered in order to produce the insulating layer shown in FIG.
[0082]
The lanthanum manganite in the electrode reaction layer in the present invention may be a solid solution of Ce, Sm, Gd, Pr, Nd, Co, Al, Fe, Cr, Ni, Ca, Sr or the like.
[0083]
The average particle diameter of the raw material powder used for the electrode reaction layer in the present invention is about 0.5 to 10 μm, and the BET value is 0.5 to 20 m.2g-1The degree is preferred. The reason for this is that in the electrode reaction layer made of a raw material having an average particle size of less than 0.5 μm, there are almost no open pores in communication, so the diffusion of oxygen gas is low, and the reaction of formula (1) cannot be performed efficiently. On the other hand, an electrode reaction layer composed of a raw material larger than 10 μm has low sinterability and low adhesion to the air electrode and electrolyte, resulting in poor output performance. On the other hand, BET value is 0.5m2g-1In the electrode reaction layer composed of smaller ones, there are few active points that cause the reaction of formula (1), so high output performance cannot be obtained, and the BET value is 20 m.2g-1This is because in the electrode reaction layer composed of a larger layer, there are almost no open pores communicating with each other, so the diffusion of oxygen gas is low, and the reaction of the formula (1) cannot be performed efficiently.
[0084]
The electrode reaction layer in the present invention may have a structure in which the average particle diameter of the raw material powder is inclined or the BET value is inclined in order to enhance the electrode activity. For example, the average particle diameter from the air electrode side to the electrolyte direction is 5μm, 3μm, 1μm, and the BET value is 1m.2g-13m2g-15m2g-1It may be something like From the viewpoint of efficiently carrying out the reaction of the formula (1), an electrode reaction layer composed of one having an average particle diameter or a BET value inclined is preferred.
[0085]
The BET value shown here is a value obtained by measurement using a flow type specific surface area measuring device Flowsorb II2300 manufactured by Shimadzu Corporation. The particle size distribution is a value obtained by measurement using a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-2000 manufactured by Shimadzu Corporation. Furthermore, the average particle diameter is a median diameter (50% diameter) obtained by measurement using a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-2000 manufactured by Shimadzu Corporation.
[0086]
In the electrode reaction layer in the present invention, the weight ratio in the mixture of lanthanum manganite / SSZ or the like is preferably about 10/90 to 90/10. The reason for this is that if the weight ratio of SSZ is less than 10% by weight, the oxygen ion conductivity in the electrode reaction layer decreases, and the oxygen ions generated by the formula (1) cannot be efficiently sent to the electrolyte, and the output performance is low. On the other hand, if the weight ratio of SSZ is larger than 90% by weight, the electronic conductivity in the electrode reaction layer is lowered, and the reaction shown in the formula (1) is less likely to occur.
[0087]
In the case where a mixture of lanthanum manganite / SSZ or the like is used in the electrode reaction layer in the present invention, a structure having a gradient composition may be used in order to increase the electrode activity. For example, lanthanum manganite / SSZ: 80/20, 50/50, 20/80 from the air electrode side to the electrolyte may be used.
[0088]
There are no particular limitations on the method of preparing the electrode reaction layer material in the present invention. Examples of SSZ, cerium oxide, and lanthanum manganite include a powder mixing method, a coprecipitation method, a spray pyrolysis method, and a sol-gel method.
[0089]
In addition, in the case of raw material synthesis in a mixture such as lanthanum manganite / SSZ, each material is prepared separately and then mixed by a wet method such as spray drying, followed by heat treatment to obtain a mixture or universal stirring Examples thereof include a method of mixing by a dry method of mixing using a mixer or the like and further heat-treating to obtain a mixture.
[0090]
The electrolyte in the present invention preferably has high oxygen ion conductivity, no gas permeability, and no electronic conductivity in the air atmosphere and fuel gas atmosphere of the solid oxide fuel cell. From this viewpoint, zirconia in which yttria or scandia is dissolved is preferable. Further, it may be zirconia in which yttria and scandia are dissolved.
[0091]
The solid solution amount of yttria and scandia in YSZ and SSZ in the present invention is preferably about 3 to 12 mol.
[0092]
The reason why the solid solution range of yttria is preferably 3 to 12 mol% is that if it is less than 3 mol%, the oxygen ion conductivity becomes low, whereas if it exceeds 12 mol%, the crystal phase is rhombohedral in addition to cubic. This is because a crystal phase is precipitated and oxygen ion conductivity is lowered.
[0093]
However, even when the solid solution amount of yttria is in the range of 3 to 12 mol%, the oxygen ion conductivity is high at 900 to 1000 ° C., but greatly decreases below 900 ° C. Therefore, when YSZ is adopted as an electrolyte at a low temperature of about 700 ° C., it is preferably used as a thin film.
[0094]
This is because the resistance loss inside the electrolyte can be reduced by using a thin film, and high output performance can be obtained even at 700 ° C.
[0095]
The thin film shown here is one having an electrolyte film thickness of 50 μm or less.
[0096]
On the other hand, the reason why the scandia solid solution range is limited to 3 to 12 mol% is that if it is less than 3 mol%, the oxygen ion conductivity becomes low. On the other hand, if it exceeds 12 mol%, the crystal phase is in addition to cubic crystals. This is because the plane crystal phase is precipitated and the oxygen ion conductivity is lowered.
[0097]
The reason why the scandia solid solution range is preferable is that the crystal phase is stable in this composition range and the oxygen ion conductivity is high. From the viewpoint of high oxygen ion conductivity, a solution in which scandia is dissolved in 8 to 12 mol% is more preferable.
[0098]
The electrolyte having no gas permeability shown here is a pressure difference between one side of the electrolyte and the opposite side, and is evaluated by the amount of gas permeated between them, and the amount of gas permeated Q ≦ 2.8 × 10-9ms-1Pa-1(More preferably Q ≦ 2.8 × 10-Tenms-1Pa-1).
[0099]
The electrolyte in the present invention includes CeO2, Sm2OThree, Gd2O3,Bi2OThreeOr the like in which 5 mol% or less is dissolved. In particular, in zirconia in which scandia is dissolved, it is preferable to include a small amount of these compositions because oxygen ion conductivity is increased and low-temperature sintering is possible. Further, a small amount of a sintering aid may be added in order to produce an electrolyte having no gas permeability. Al as a sintering aid2OThree, SiO2And so on.
[0100]
The method for producing the electrolyte raw material in the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of uniformly dissolving scandia or yttria. The coprecipitation method is common.
[0101]
The air electrode in the present invention preferably has high electronic conductivity and high oxygen gas permeability in the air atmosphere of the solid oxide fuel cell. From this point of view, LaAMnOThreeLanthanum manganite represented by (A = Sr or Ca), LaSrCoFeOThreeLanthanum cobaltite represented by LaSrFeOThree, LaSrFeCoOThree, LaNiOThree, SmSrCoOThree, GdSrCoOThreeEtc. are preferable.
[0102]
As the air electrode in the present invention, LaAMnOThreeThe lanthanum manganite represented by (A = Sr or Ca) is preferred, but from the viewpoint of electronic conductivity at 700 ° C or higher, material stability, etc.1-xAx)yMnOThreeThe values of x and y in are preferably in the range of 0.15 ≦ x ≦ 0.3 and 0.97 ≦ y ≦ 1.
[0103]
This is because the electron conductivity decreases in the range of x <0.15 and x> 0.3, the activity of the electrode reaction layer decreases when y <0.97, and the reaction with zirconia occurs when y> 1.2Zr2O7This is because the output performance of the cell is lowered in order to produce the insulating layer shown in FIG.
[0104]
In the present invention, the lanthanum manganite in the air electrode may be a solid solution of Ce, Sm, Gd, Pr, Nd, Co, Al, Fe, Cr, Ni, Ca, Sr and the like.
[0105]
There are no particular limitations on the method for producing the air electrode raw material in the present invention. Examples of the method include a powder mixing method, a coprecipitation method, a spray pyrolysis method, and a sol-gel method.
[0106]
The pore diameter of the air electrode in the present invention is not particularly limited as long as it is larger than the pore diameter of the electrode reaction layer, but other characteristics include high electronic conductivity and high oxygen gas permeability. And having good adhesion to the electrode reaction layer is preferable. Further, in the type in which the air electrode shown in the present embodiment is a support, the air electrode itself is required to have high strength, so that it has higher strength. From these viewpoints, the pore diameter of the air electrode is preferably about 2 to 30 μm, and considering the high strength, about 2 to 20 μm is preferable.
[0107]
The porosity of the air electrode in the present invention is not particularly limited as long as it is equal to or higher than the porosity of the electrode reaction layer, but as other characteristics, it has high electronic conductivity and high oxygen gas permeability. And what has favorable adhesiveness with an electrode reaction layer is preferable. Further, in the type in which the air electrode shown in the present embodiment is a support, the air electrode itself is required to have high strength, so that it has higher strength. From this viewpoint, the porosity of the air electrode is preferably about 10 to 50%, and about 10 to 45% in consideration of having high strength.
[0108]
The thickness of the air electrode in the present invention is not particularly limited as long as it is thicker than the electrode reaction layer, but as other characteristics, it has high electronic conductivity, high oxygen gas permeability, Those having good adhesion are preferred. Further, in the type in which the air electrode shown in the present embodiment is a support, the air electrode itself is required to have high strength, so that it has higher strength. From this point of view, the thickness of the air electrode is preferably about 30 μm to 3 mm, and is preferably about 1 to 3 mm in consideration of the case of using the support.
[0109]
The high strength shown here indicates that the crushing strength indicates 10 MPa or more. The measurement of the crushing strength was obtained by performing a test by the following method.
[0110]
The sample is placed between the compression jigs of the test machine, and is pressed and broken from above and below, and the load value at that time is used to calculate from the following formula.
σr = P × (D−d) / (I × d2) … (Five)
(Σr: crushing strength, P: fracture load, D: sample outer diameter, d: wall thickness, I: sample length)
[0111]
The fuel electrode in the present invention is preferably one that has high electronic conductivity and high fuel gas permeability in the fuel gas atmosphere of the solid oxide fuel cell, and can efficiently perform the reactions (3) and (4). From this viewpoint, preferred materials include NiO / YSZ. NiO is reduced to Ni during power generation of the solid oxide fuel cell, and the layer becomes Ni / YSZ.
[0112]
From the viewpoint of efficiently performing the reactions (3) and (4) and improving the output performance, it is preferable to provide a fuel side electrode reaction layer between the electrolyte and the fuel electrode.
[0113]
The fuel-side electrode reaction layer in the present invention is preferably NiO / SSZ which is excellent in both electronic conductivity and oxygen ion conductivity. NiO is reduced to Ni during power generation of the solid oxide fuel cell, and the layer becomes Ni / SSZ. The ratio of NiO / SSZ is preferably 10/90 to 50/50 by weight. This is because the electron conductivity is too low below 10/90, while the oxygen ion conductivity is too low above 50/50.
[0114]
The solid solution amount of scandia of SSZ in the NiO / SSZ of the present invention is preferably 3 to 12 mol%. This is because, within this range, the oxygen ion conductivity is high and the reactions (3) and (4) can be promoted. In addition, since the oxygen ion conductivity is high even at a low temperature of about 700 ° C., a solid oxide fuel cell having high output performance up to a low temperature of about 700 ° C. can be provided.
[0115]
The SSZ in the NiO / SSZ of the present invention is further CeO2, Sm2OThree, Gd2OThree, Bi2OThreeEtc. may be dissolved in the order of 5 mol% or less. Two or more of them may be dissolved. When these materials are dissolved, it is preferable to include them because not only the oxygen ion conductivity can be improved but also the electron conductivity can be expected in a fuel gas atmosphere.
[0116]
A layer in which NiO, SSZ, and cerium oxide are uniformly mixed at a specified weight ratio (hereinafter referred to as NiO / SSZ / cerium oxide) from the viewpoint of high oxygen ion conductivity and high electron conductivity in a fuel gas atmosphere. It may be expressed as NiO is reduced to Ni during power generation of the solid oxide fuel cell, and the layer becomes Ni / SSZ / cerium oxide.
[0117]
The cerium oxide shown here is not particularly limited as long as it is an oxide containing cerium. General formula (CeO2)1-2X(B2OThree)X (However, any one of B = Sm, Gd, and Y, 0.05 ≦ X ≦ 0.15) is preferable because of high oxygen ion conductivity.
[0118]
The fuel electrode in the present invention preferably has a high electronic conductivity in order to reduce the IR loss. From this viewpoint, the ratio of NiO / YSZ is preferably 50/50 to 90/10 by weight. The reason for this is that the electron conductivity is low below 50/50, while the output performance is reduced by agglomeration of Ni particles above 90/10.
[0119]
The composition of the fuel electrode in the present invention may be NiO / SSZ or zirconia in which NiO / calcium is dissolved in addition to NiO / YSZ (hereinafter referred to as NiO / CSZ). YSZ is preferable because YSZ is cheaper than SSZ, but NiO / CSZ is most preferable from the viewpoint of cost because CSZ is cheaper than YSZ. Note that NiO / CSZ is Ni / CSZ in fuel cell power generation.
[0120]
The method for synthesizing the fuel electrode raw material in the present invention is not particularly limited as long as the fuel electrode materials such as NiO / SSZ and YSZ are uniformly mixed. Examples include a coprecipitation method and a spray drying method.
[0121]
The interconnector in the present invention is preferably one having high electronic conductivity, no gas permeability, and no oxygen ion conductivity in the air atmosphere and fuel gas atmosphere of the solid oxide fuel cell. From this viewpoint, lanthanum chromite is preferable.
[0122]
Since lanthanum chromite is difficult to sinter, it is difficult to produce an interconnector having no gas permeability at the firing temperature of the solid oxide fuel cell (1500 ° C. or lower). In order to improve sinterability, it is preferable to use Ca, Sr, and Mg in solid solution. A solution in which Ca is dissolved is most preferable because it has the highest sinterability and can produce a film having no gas permeability at the same temperature as other materials of the solid oxide fuel cell.
[0123]
There is no particular limitation on the solid solution amount of lanthanum chromite in which Ca used in the interconnector in the present invention is dissolved. As the Ca solid solution amount increases, the electronic conductivity increases. However, since the stability of the material decreases, the Ca solid solution amount is preferably about 10 to 40 mol%.
[0124]
Regarding the method for producing the interconnector raw material in the present invention, it is preferable that the composition of the lanthanum chromite in which Ca is dissolved is made uniform. From this viewpoint, the spray pyrolysis method, the citrate method and the like are preferable.
[0125]
The shape of the solid oxide fuel cell in the present invention is not particularly limited, and may be either a flat plate type or a cylindrical type. In the flat plate type, the interconnector is called a separator, and the role is the same as that of the interconnector. In the case of a separator, a metal such as stainless steel may be used.
[0126]
The solid oxide fuel cell according to the present invention can also be applied to a microtube type (outer diameter of 10 mm or less, preferably 5 mm or less).
[0127]
【Example】
(Example 1)
The cylindrical solid oxide fuel cell shown in FIG. 1 was used. That is, a belt-shaped interconnector 2 and electrolyte 3 on a cylindrical air electrode support 1 and a fuel electrode 4 so as not to contact the interconnector on the electrolyte were used. In addition, as shown in FIG. 2, an electrode reaction layer 5 is formed between the air electrode and the electrolyte, and a fuel side electrode reaction layer 6 is formed between the fuel electrode 4 and the electrolyte 3.
[0128]
 (1) Production of air electrode support
The composition of the air electrode is La0.75Sr0.25MnOThreeAn air electrode raw material powder was obtained from lanthanum manganite in which Sr represented by the composition was dissolved, prepared by a coprecipitation method and then heat-treated. The average particle size was 30 μm. A cylindrical molded body was produced by an extrusion molding method. Further, firing was performed at 1500 ° C. to obtain an air electrode support. The pore diameter of the air electrode support was 14 μm, the porosity was 45%, and the wall thickness was 1.5 mm.
[0129]
(2) Preparation of electrode reaction layer
The electrode reaction layer is lanthanum manganite / SSZ, and the composition and weight ratio thereof are La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50 was used. Using nitrate aqueous solutions of La, Sr, Mn, Zr and Sc, the mixture was prepared to have the above composition, and then oxalic acid was added and precipitated. The precipitate was further heat-treated to control the particle size to obtain a raw material powder. The average particle size was 2 μm. 40 parts by weight of the electrode reaction layer powder is 100 parts by weight of a solvent (ethanol), 2 parts by weight of a binder (ethyl cellulose), 1 part by weight of a dispersant (polyoxyethalene alkyl sonic ester), 1 part of an antifoaming agent (sorbitan sesquiolate) After mixing with parts by weight, the slurry was sufficiently stirred to prepare a slurry. The slurry viscosity was 100 mPas. The slurry was formed on the air electrode support (outer diameter 15 mm, wall thickness 1.5 mm, effective length 400 mm) by the slurry coating method, and then sintered at 1400 ° C. The thickness was 20 μm.
[0130]
(3) Preparation of electrolyte slurry:
The electrolyte material is SSZ and the composition is 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThreeIt is. ZrO2 Was dissolved in 3N or more concentrated nitric acid heated at 100 ° C. and diluted with distilled water to obtain an aqueous nitrate solution. Sc2OThreeA nitrate aqueous solution was obtained from the same method. Each nitrate aqueous solution was prepared so that it might become the said composition, and the oxalic acid aqueous solution was added and coprecipitated. The liquid obtained by coprecipitation was dried at about 200 ° C., pyrolyzed at 500 ° C., and further heat-treated at 800 ° C. for 10 hours to obtain a raw material powder. The average particle size was 0.5 μm. 40 parts by weight of the powder, 100 parts by weight of a solvent (ethanol), 2 parts by weight of a binder (ethyl cellulose), 1 part by weight of a dispersant (polyoxyethalene alkylsonate), 1 part by weight of an antifoaming agent (sorbitan sesquiolate) After mixing, the slurry was sufficiently stirred to prepare a slurry. The slurry viscosity was 140 mPas.
[0131]
(4) Preparation of electrolyte
A film was formed on the electrode reaction layer by a slurry coating method and baked at 1400 ° C. The thickness of the obtained electrolyte was 30 μm. Note that a portion where the interconnector is formed in a later process is masked so that the film is not applied.
[0132]
(5) Slurry preparation of fuel side electrode reaction layer
The material for the fuel electrode reaction layer is NiO / SSZ, and the composition is NiO / 90 mol% ZrO.2-10mol% Sc2OThreeThen, using nitrate aqueous solutions of Ni, Zr and Sc to prepare the above composition, oxalic acid was added and precipitated. The precipitate was further subjected to a heat treatment to control the particle diameter to obtain a raw material. The composition of the fuel electrode reaction layer and its weight ratio are NiO / 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree = 20/80 and 50/50 were produced, and the average particle size was 0.5 μm for both. 100 parts by weight of the powder, 500 parts by weight of an organic solvent (ethanol), 10 parts by weight of a binder (ethyl cellulose), 5 parts by weight of a dispersant (polyoxyethalene alkyl phosphate ester), 1 part by weight of an antifoaming agent (sorbitan sesquiolate) Parts and 5 parts by weight of a plasticizer (DBP) were mixed, and then sufficiently stirred to prepare a slurry. The viscosity of this slurry was 70 mPas.
[0133]
(6) Preparation of fuel side electrode reaction layer
150cm area2The battery is masked to become NiO / 90 mol% ZrO on the electrolyte by slurry coating.2-10mol% Sc2OThree (Average particle diameter) = 20/80 (0.5 μm) and 50/50 (0.5 μm) were formed in this order. The film thickness (after firing) was 10 μm.
[0134]
(7) Fuel electrode slurry preparation:
The material of the anode is NiO / YSZ, and the composition is NiO / 90 mol% ZrO2-10mol% Y2OThreeThen, using nitrate aqueous solutions of Ni, Zr and Y, the mixture was prepared to have the above composition, and then oxalic acid was added and precipitated. The precipitate was further subjected to heat treatment to control the particle size, and a raw material was obtained. Composition and weight ratio of NiO / 90 mol% ZrO2-10mol% Y2OThree = 70/30, and the average particle size was 5 μm. 100 parts by weight of the powder, 500 parts by weight of an organic solvent (ethanol), 20 parts by weight of a binder (ethyl cellulose), 5 parts by weight of a dispersant (polyoxyethalene alkyl phosphate), 1 part by weight of an antifoaming agent (sorbitan sesquiolate) Parts and 5 parts by weight of a plasticizer (DBP) were mixed, and then sufficiently stirred to prepare a slurry. The viscosity of this slurry was 250 mPas.
[0135]
(8) Fabrication of fuel electrode
Fuel sideA fuel electrode was formed on the electrode reaction layer by a slurry coating method. The film thickness (after firing) was 90 μm. further,Fuel sideThe electrode reaction layer and the fuel electrode were co-fired at 1400 ° C.
[0136]
(9) Fabrication of interconnector:
Interconnector composition is La0.80Ca0.20CrOThreeA lanthanum chromite in which Ca represented by the formula (1) was dissolved was prepared by a spray pyrolysis method and then subjected to a heat treatment. The average particle size of the obtained powder was 1 μm. 40 parts by weight of the powder, 100 parts by weight of a solvent (ethanol), 2 parts by weight of a binder (ethyl cellulose), 1 part by weight of a dispersant (polyoxyethalene alkylsonate), 1 part by weight of an antifoaming agent (sorbitan sesquiolate) After mixing, the slurry was sufficiently stirred to prepare a slurry. The slurry viscosity was 100 mPas. The interconnector was formed into a film by a slurry coating method and baked at 1400 ° C. The thickness after firing was 40 μm.
[0137]
(Example 2)
The electrode reaction layer material is SSZ, and the composition is 90 mol% ZrO.2-10mol% Sc2OThreeThe same procedure as in Example 1 was conducted except that the firing temperature was 1350 ° C.
[0138]
(Example 3)
The material of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThreeExample 1 was repeated except that lanthanum manganite in which Sr represented by the composition was dissolved was used, and the average particle diameter of the raw material was 2 μm. At this time, the pore diameter was 2 μm and the porosity was 20%.
[0139]
(Comparative Example 1)
Example 1 was repeated except that no electrode reaction layer was provided between the air electrode and the electrolyte.
[0140]
(Power generation test)
Cells obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 (effective area of fuel electrode: 150 cm2) Was used to conduct a power generation test. The operating conditions at this time were as follows.
(1) Fuel: (H2+ 11% H2O): N2  = 1: 2
(2) Oxidizing agent: Air
(3) Power generation temperature: 800 ° C
(4) Current density: 0.3Acm-2
[0141]
[Table 1]
Figure 0003661676
Table 1 shows a current density of 0.3 Acm at 800 ° C.-2The result of the electric power generation potential in is shown. At the same current density, the higher the power generation potential, the better the output performance of the solid oxide fuel cell. As shown in Table 1, it can be seen that the power generation potential is higher than that of Comparative Example 1. From the above results, it was confirmed that it is preferable to provide an electrode reaction layer between the air electrode and the electrolyte.
[0142]
About pore size
(Example 4)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, the average particle diameter of the raw material was 0.5 μm, and after film formation on the air electrode surface by the slurry coating method, it was the same as in Example 1 except that it was sintered at 1350 ° C. The method was
[0143]
(Example 5)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, and the average particle diameter of the raw material was 5 μm, and after forming a film on the air electrode surface by a slurry coating method, it was the same as in Example 1 except that it was sintered at 1400 ° C. It was a method.
[0144]
(Example 6)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, and the average particle diameter of the raw material was 10 μm, the same as in Example 1 except that the film was formed on the air electrode surface by a slurry coating method and then sintered at 1400 ° C. It was a method.
[0145]
(Example 7)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, the average particle diameter of the raw material was 0.2 μm, and after film formation on the air electrode surface by a slurry coating method, it was the same as in Example 1 except that it was sintered at 1350 ° C. The method was
[0146]
(Example 8)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, and the average particle diameter of the raw material was 15 μm, and after the film was formed on the air electrode surface by the slurry coating method, it was the same as in Example 1 except that it was sintered at 1400 ° C. It was a method.
[0147]
(Example 9)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, and the average particle diameter of the raw material was 0.5 μm, and after film formation on the air electrode surface by the slurry coating method, the same as in Example 1 except that it was sintered at 1400 ° C. The method was
[0148]
(Power generation test)
Cells obtained in Example 1 and Examples 4 to 9 (effective area of fuel electrode: 150 cm2) Was used to conduct a power generation test. The operating conditions at this time were as follows.
(1) Fuel: (H2+ 11% H2O): N2  = 1: 2
(2) Oxidizing agent: Air
(3) Power generation temperature: 800 ° C
(4) Current density: 0.3Acm-2
Further, after the power generation test, the pore diameters of the electrode reaction layers in Example 1 and Examples 4 to 9 were measured.
[0149]
[Table 2]
Figure 0003661676
Table 2 shows a current density of 0.3 Acm at 800 ° C.-2The result of the electric power generation potential in is shown. Although the same material is used, it can be seen that the power generation potential varies depending on the pore diameter of the electrode reaction layer. In Examples 1, 4-6, and 9, the power generation potential is high, but in Examples 7 and 8, the potential is reduced. However, since it is higher than Comparative Example 1 shown in Table 1, there is no particular problem. From the above results, it was confirmed that the pore diameter of the electrode reaction layer is more preferably about 0.1 to 10 μm which exhibits a high value of the power generation potential.
[0150]
About porosity
After the power generation test, the porosity of the electrode reaction layer in Example 1 and Examples 4 to 9 was measured.
[0151]
[Table 3]
Figure 0003661676
Table 3 shows current density of 0.3 Acm at 800 ° C.-2The result of the electric power generation potential in is shown. Although the same material is used, it can be seen that the power generation potential varies depending on the porosity of the electrode reaction layer. In Examples 1, 4-6, and 9, the power generation potential is high, but in Examples 7 and 8, the potential is reduced. In Examples 7 and 8, although the potential is lowered, there is no problem because it is higher than Comparative Example 1. From the above results, it was confirmed that the porosity of the electrode reaction layer was more preferably about 3 to 40% exhibiting a high power generation potential.
[0152]
About the thickness of the electrode reaction layer
(Example 10)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, and the same as Example 1 except that the thickness was 3 μm.
[0153]
(Example 11)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50 and the same as Example 1 except that the thickness was 5 μm.
[0154]
(Example 12)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50 and the same as Example 1 except that the thickness was 30 μm.
[0155]
(Example 13)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, except that the thickness was 50 μm.
[0156]
(Example 14)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, except that the thickness was 2 μm.
[0157]
(Example 15)
The composition of the electrode reaction layer is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90 mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree= 50/50, except that the thickness was 55 μm.
[0158]
(Power generation test)
Cells obtained in Example 1 and Examples 10 to 15 (effective area of fuel electrode: 150 cm2) Was used to conduct a power generation test. The operating conditions at this time were as follows.
(1) Fuel: (H2+ 11% H2O): N2  = 1: 2
(2) Oxidizing agent: Air
(3) Power generation temperature: 800 ° C
(4) Current density: 0.3Acm-2
[0159]
[Table 4]
Figure 0003661676
Table 4 shows current density at 800 ° C and 0.3 Acm.-2The result of the electric power generation potential in is shown. Although the same material is used, it can be seen that the power generation potential varies depending on the thickness of the electrode reaction layer. It can be seen that in Examples 1 and 10 to 13, the power generation potential is high, but in Examples 14 and 15, the potential is lowered. In Examples 14 and 15, although the potential is lowered, it is higher than that in Comparative Example 1, so there is no problem. From the above results, it was confirmed that the thickness of the electrode reaction layer is preferably about 3 to 50 μm exhibiting a high power generation potential. Furthermore, when Examples 1 and 10 to 13 are compared with each other, Examples 1, 11 and 12 have higher output performance. Therefore, it was confirmed that the thickness of the electrode reaction layer is more preferably 5 to 30 μm.
[0160]
About electrode reaction layer materials
(Example 16)
The material of the electrode reaction layer is cerium oxide, and the composition is (CeO2)0.8(Sm2OThree)0. 1Except for the above, the procedure was the same as in Example 1.
[0161]
(Example 17)
The material of the electrode reaction layer is SSZ / cerium oxide, and the composition is 90 mol% ZrO.2-10mol% Sc2OThree/ (CeO2)0.8(Sm2OThree)0. 1= Same as Example 1 except for 50/50.
[0162]
(Example 18)
The electrode reaction layer material is lanthanum manganite / cerium oxide, and the composition is La0.75Sr0.25MnOThree/ (CeO2)0.8(Sm2OThree)0. 1= Same as Example 1 except for 50/50.
[0163]
(Example 19)
The electrode reaction layer material is lanthanum manganite / SSZ / cerium oxide, and the composition is La0.75Sr0.25MnOThree/ 90mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree / (CeO2)0.8(Sm2OThree)0. 1= 50/25/25. La for raw material synthesis0.75Sr0.25MnOThree/ 90mol% ZrO2-10mol% Sc2OThreeAnd La0.75Sr0.25MnOThree/ (CeO2)0.8(Sm2OThree)0. 1Each of the powders prepared by the coprecipitation method is further mixed with La0.75Sr0.25MnOThree/ 90mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree / (CeO2)0.8(Sm2OThree)0. 1= 50/25/25 The mixture was mixed and heat-treated. Except these, the procedure was the same as in Example 1.
[0164]
(Example 20)
The electrode reaction layer material is YSZ and the composition is 92 mol% ZrO.2-8mol% Y2OThreeThe procedure was the same as in Example 1 except that.
[0165]
(Example 21)
The electrode reaction layer material is lanthanum manganite / YSZ, and the composition is La0.75Sr0.25MnOThree/ 92mol% ZrO2-8mol% Y2OThree= Same as Example 1 except for 50/50.
[0166]
(Power generation test)
Test cells of Examples 1, 2, 16 to 21 and Comparative Example 1 (effective area of fuel electrode: 150 cm2) Was used to perform the following power generation test. The operating conditions at this time were as follows.
(1) Fuel: (H2+ 11% H2O): N2  = 1: 2
(2) Oxidizing agent: Air
(3) Power generation temperature: 700-1000 ° C
(4) Current density: 0.3Acm-2
[0167]
FIG. 3 shows the result of the power generation potential at the power generation temperature. It can be seen that Examples 1, 18, and 19 exhibit a high potential at 700 to 1000 ° C. In Examples 2, 16, and 17, it can be seen that although it is inferior to Examples 1, 18, and 19, it exhibits a relatively high potential up to 700 ° C. In Examples 20 and 21, a high potential is exhibited at 900 to 1000 ° C., but it can be seen that a decrease in potential increases at 900 ° C. or less. In contrast, Comparative Example 1 is lower than the example at 1000 ° C., and it can be seen that the potential decrease further increases as the power generation temperature decreases. From the above results, it was confirmed that the power generation potential was high and preferable as compared with Comparative Example 1. When the electrode reaction layer is YSZ and lanthanum manganite / YSZ, it has a high output performance at 900 to 1000 ° C, and when the electrode reaction layer is SSZ, cerium oxide, and SSZ / cerium oxide, even at 900 ° C or less It has been found that it has high output performance and is preferable. Furthermore, when the electrode reaction layer was lanthanum manganite / SSZ, lanthanum manganite / cerium oxide, and lanthanum manganite / SSZ / cerium oxide, it was confirmed that the output performance was excellent and more preferable even at about 700 ° C.
[0168]
On the amount of scandia dissolved in the electrode reaction layer
(Example 22)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 97 mol% ZrO2-3mol% Sc2OThree= Same as Example 1 except for 50/50.
[0169]
(Example 23)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 92 mol% ZrO2-8mol% Sc2OThree= Same as Example 1 except for 50/50.
[0170]
(Example 24)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 88 mol% ZrO2-12mol% Sc2OThree= Same as Example 1 except for 50/50.
[0171]
(Example 25)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 98 mol% ZrO2-2mol% Sc2OThree= Same as Example 1 except for 50/50.
[0172]
(Example 26)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 85 mol% ZrO2-15mol% Sc2OThree= Same as Example 1 except for 50/50.
[0173]
The batteries of Example 1 and Examples 22 to 26 were subjected to a power generation test under the power generation conditions shown below.
(1) Fuel: (H2+ 11% H2O): N2  = 1: 2
(2) Oxidizing agent: Air
(3) Power generation temperature: 800 ° C
(4) Current density: 0.3Acm-2
[0174]
[Table 5]
Figure 0003661676
[0175]
Table 5 shows a current density of 0.3 Acm at 800 ° C.-2The result of the electric power generation potential in is shown. In Examples 1 and 22 to 24, the potential is high, whereas in Examples 25 and 26, the potential is lowered. However, in Examples 25 and 26, compared to Comparative Example 1 shown in Table 1, a much higher potential was exhibited, so that it was found that there was no problem as long as this level of decrease was achieved. From the fact that the potential is high, it was confirmed that the amount of scandia solid solution in SSZ of the electrode reaction layer is preferably in the range of 3 to 12 mol%. Further, when the data of Example 1 and Examples 22 to 24 are compared, the potential of Example 22 is lower than the others, so that the amount of scandia solid solution is more preferably 8 to 12 mol%. It could be confirmed.
[0176]
CeO in SSZ2Etc.
(Example 27)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 88mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree-2mol% CeO2 = Same as Example 1 except for 50/50.
[0177]
(Example 28)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 85mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree-5mol% CeO2 = Same as Example 1 except for 50/50.
[0178]
(Example 29)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 84mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree-6mol% CeO2 = Same as Example 1 except for 50/50.
[0179]
(Example 30)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 88mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree-2mol% Bi2OThree = Same as Example 1 except for 50/50.
[0180]
(Example 31)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 88mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree-2mol% Y2OThree = Same as Example 1 except for 50/50.
[0181]
(Example 32)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Sr0.25MnOThree/ 88mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree-1mol% Y CeO2-1mol% Bi2OThree = Same as Example 1 except for 50/50.
[0182]
The batteries of Example 1 and Examples 27 to 32 were subjected to a power generation test under the power generation conditions shown below.
(1) Fuel: (H2+ 11% H2O): N2  = 1: 2
(2) Oxidizing agent: Air
(3) Power generation temperature: 800 ° C
(4) Current density: 0.3Acm-2
[0183]
[Table 6]
Figure 0003661676
Table 6 shows current density of 0.3 Acm at 800 ° C.-2The result of the electric power generation potential in is shown. When Example 1 and Examples 27 to 29 were compared with each other, Example 27 and Example 28 showed higher potentials, but Example 29 tended to be lower. In Examples 30 and 31, the potential was not changed from that in Example 1, but it was confirmed that the sinterability of the electrode reaction layer material was improved. In Example 32, it was confirmed that the potential was increased and the sinterability of the electrode reaction layer material was improved. Based on the above results, CeO2It was confirmed that the output performance was improved when 5 mol% or less was dissolved, and it was found preferable. Y2OThreeOr Bi2OThreeIt was found that sinterability was improved when the solution was dissolved, which was preferable. Gd2OThree, Yb2OThreeEven when other rare earth oxides such as 5 mol% or less are dissolved, it is considered preferable because it can be easily estimated that either the output performance is improved or the sinterability is improved. .
[0184]
(CeO2)1-2x(Sm2OThree)xabout
(Example 33)
The electrode reaction layer material is lanthanum manganite / cerium oxide, and the composition is La0.75Sr0.25MnOThree/ (CeO2)0.9(Sm2OThree)0.05= Same as Example 1 except for 50/50.
[0185]
Example 34
The electrode reaction layer material is lanthanum manganite / cerium oxide, and the composition is La0.75Sr0.25MnOThree/ (CeO2)0.7(Sm2OThree)0.15= Same as Example 1 except for 50/50.
[0186]
(Example 35)
The electrode reaction layer material is lanthanum manganite / cerium oxide, and the composition is La0.75Sr0.25MnOThree/ (CeO2)0.75(Sm2OThree)0.025= Same as Example 1 except for 50/50.
[0187]
Example 36
The electrode reaction layer material is lanthanum manganite / cerium oxide, and the composition is La0.75Sr0.25MnOThree/ (CeO2)0.65(Sm2OThree)0.175= Same as Example 1 except for 50/50.
[0188]
The batteries of Example 18 and Examples 33 to 36 were subjected to a power generation test under the power generation conditions shown below.
(1) Fuel: (H2+ 11% H2O): N2  = 1: 2
(2) Oxidizing agent: Air
(3) Power generation temperature: 800 ° C
(4) Current density: 0.3Acm-2
[0189]
[Table 7]
Figure 0003661676
Table 7 shows current density of 0.3 Acm at 800 ° C.-2The result of the electric power generation potential in is shown. Comparing Example 18 and Examples 33 to 36, it can be seen that the potential is somewhat lower when the x value of Example 35 and Example 36 is reached. From the above results (CeO2)1-2x(Sm2OThree)xIt was confirmed that the range of 0.05 ≦ x ≦ 0.15 is more preferable. In this example, only Sm was used, but it was considered preferable because Gd and Y can be easily estimated to have the same effect.
[0190]
On the composition of lanthanum manganite in the electrode reaction layer
(Example 37)
The composition of the electrode reaction layer and its weight ratio are La0.75Ca0.25MnOThree/ 90mol% ZrO2-10mol% Sc2OThree = Same as Example 1 except for 50/50.
[0191]
The batteries of Example 1 and Example 37 were subjected to a power generation test under the following power generation conditions. (1) Fuel: (H2+ 11% H2O): N2  = 1: 2
(2) Oxidizing agent: Air
(3) Power generation temperature: 800 ° C
(4) Current density: 0.3Acm-2
[0192]
[Table 8]
Figure 0003661676
Table 8 shows a current density of 0.3 Acm at 800 ° C.-2The result of the electric power generation potential in is shown. Since the potential hardly changed in Example 1 and Example 31, it was confirmed that the lanthanum manganite in the electrode reaction layer may be either lanthanum manganite in which Ca or Sr is dissolved.
[0193]
About electrolyte materials
(Example 38)
The electrolyte material is YSZ and the composition is 92 mol% ZrO2-8mol% Y2OThreeExcept that, it was the same as Example 1.
[0194]
Test cells of Examples 1 and 38 and Comparative Example 1 (Fuel electrode effective area: 150 cm2) Was used to perform the following power generation test. The operating conditions at this time were as follows.
(1) Fuel: (H2+ 11% H2O): N2  = 1: 2
(2) Oxidizing agent: Air
(3) Power generation temperature: 700-1000 ° C
(4) Current density: 0.3Acm-2
[0195]
Fig. 4 shows the results of the power generation potential at the power generation temperature. In Example 38, the potential is almost the same at 1000 ° C., but the potential decreases when the temperature is 900 ° C. or less. It can be seen that the potential difference is considerably larger than that in Example 1 at about 700 ° C. However, it can be seen that there is a large difference from Comparative Example 1. From the above results, it was confirmed that SSZ is preferable for the power generation temperature of 900 ° C. or lower, but it is confirmed that the electrolyte is almost the same at 900 ° C. or higher, and that there is no problem even if the electrolyte is YSZ.
[0196]
By interposing the electrode reaction layers shown in Example 1, Example 19 and Example 27, a solid oxide fuel cell having a high potential of 0.6 V or higher even at a low temperature of about 700 ° C. could be provided.
[0197]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, a solid oxide fuel cell excellent in output performance can be obtained by providing an electrode reaction layer having at least a catalyst that ionizes oxygen gas between the air electrode and the electrolyte and having open pores that communicate with each other. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical type solid oxide fuel cell.
2 is a cross-sectional view showing in detail an air electrode, electrolyte, and fuel electrode configuration of the solid oxide fuel cell shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a power generation temperature (horizontal axis) and a power generation potential (vertical axis) of a test battery.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the power generation temperature (horizontal axis) and the power generation potential (vertical axis) of the test battery.
[Explanation of symbols]
1: Air electrode support
2: Interconnector
3: Electrolyte
4: Fuel electrode
5: Electrode reaction layer
6: Fuel side electrode reaction layer

Claims (18)

空気極と、電解質と、燃料極とを備え、前記空気極と前記電解質の間には電極反応層が介在されている固体電解質型燃料電池であって、前記電極反応層は少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含み、連通した開気孔を有し、前記電極反応層は、ランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層、ランタンマンガナイトとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層、ランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層からなる群のいずれか1種の混合体であり、且つ700〜900℃の作動温度においても出力性能に優れることを特徴とする固体電解質型燃料電池。A solid electrolyte fuel cell comprising an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode, and an electrode reaction layer interposed between the air electrode and the electrolyte, wherein the electrode reaction layer ionizes at least oxygen gas The electrode reaction layer is a layer in which lanthanum manganite and scandia dissolved in zirconia are uniformly mixed at a predetermined weight ratio, lanthanum manganite and cerium oxide. Any one of the group consisting of a layer in which lanthanum manganite and scandia are solid-solved and a layer in which zirconia and cerium oxide are uniformly mixed in a predetermined weight ratio A solid oxide fuel cell characterized by being excellent in output performance even at an operating temperature of 700 to 900 ° C. 空気極と、電解質と、燃料極とを備え、前記空気極と前記電解質の間には電極反応層が介在されている固体電解質型燃料電池であって、前記電極反応層は少なくとも酸素ガスをイオン化する触媒を含み、連通した開気孔を有し、前記電極反応層は、ランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層、ランタンマンガナイトとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層、ランタンマンガナイトとスカンジアを固溶させたジルコニアとセリウム酸化物が所定の重量比で均一に混合された層からなる群のいずれか1種の混合体であり、前記電解質は、イットリアあるいはスカンジアを固溶させたジルコニアであり、且つ700〜900℃の作動温度においても出力性能に優れることを特徴とする固体電解質型燃料電池。A solid electrolyte fuel cell comprising an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode, and an electrode reaction layer interposed between the air electrode and the electrolyte, wherein the electrode reaction layer ionizes at least oxygen gas The electrode reaction layer is a layer in which lanthanum manganite and scandia dissolved in zirconia are uniformly mixed at a predetermined weight ratio, lanthanum manganite and cerium oxide. Any one of the group consisting of a layer in which lanthanum manganite and scandia are solid-solved and a layer in which zirconia and cerium oxide are uniformly mixed in a predetermined weight ratio a body, wherein the electrolyte is a zirconia is dissolved yttria or scandia, and characterized in that also excellent output performance at operating temperatures of 700 to 900 ° C. Solid oxide fuel cells. 前記電極反応層が有する細孔径が0.1〜10μmであることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  3. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the electrode reaction layer has a pore diameter of 0.1 to 10 μm. 前記電極反応層が有する細孔径は、前記空気極が有する細孔径より小さいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  4. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a pore diameter of the electrode reaction layer is smaller than a pore diameter of the air electrode. 5. 前記電極反応層が有する空隙率が3〜40%であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode reaction layer has a porosity of 3 to 40%. 前記電極反応層が有する空隙率は、前記空気極が有する空隙率以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  6. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a porosity of the electrode reaction layer is equal to or less than a porosity of the air electrode. 前記電極反応層における厚みが3〜50μmであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  7. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the electrode reaction layer has a thickness of 3 to 50 [mu] m. 前記電極反応層における厚みが5〜30μmであることを特徴とする請求項7に記載の固体電解質型燃料電池。  The solid oxide fuel cell according to claim 7, wherein the electrode reaction layer has a thickness of 5 to 30 μm. 前記電極反応層における厚みは、前記空気極における厚みより小さいことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a thickness of the electrode reaction layer is smaller than a thickness of the air electrode. 前記電極反応層にはさらに電子導電率が1000℃で10Scm-1以上となる材料が含まれていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  10. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the electrode reaction layer further includes a material having an electronic conductivity of 10 Scm −1 or more at 1000 ° C. 10. 前記スカンジアを固溶させたジルコニアにおいて、スカンジアの固溶量が3〜12mol%であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  11. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein in the zirconia in which the scandia is dissolved, a scandia solid solution amount is 3 to 12 mol%. 前記スカンジアを固溶させたジルコニアには、さらにCeO2,Gd2O3,Y2O3, Yb2O3などの希土類酸化物および Bi2O3の1種または2種以上の酸化物が固溶され、該酸化物が合計5mol%以下固溶させていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  In the zirconia in which scandia is dissolved, rare earth oxides such as CeO2, Gd2O3, Y2O3, and Yb2O3 and one or more oxides of Bi2O3 are further solid-dissolved. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell is dissolved. 前記電極反応層におけるランタンマンガナイトは、LaAMnO3(但し、A=CaまたはSrのいずれか)で表されるランタンマンガナイトからなることを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型燃料電池。  2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the lanthanum manganite in the electrode reaction layer is made of lanthanum manganite represented by LaAMnO 3 (where A = Ca or Sr). 前記電極反応層におけるセリウム酸化物は、一般式(CeO2)1-2X (B2O3)X/2(但し、B=Sm,Gd,Yのいずれか一種、0.05≦X≦0.15)で表されることを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型燃料電池。  The cerium oxide in the electrode reaction layer is represented by the general formula (CeO2) 1-2X (B2O3) X / 2 (B = Sm, Gd, Y, 0.05 ≦ X ≦ 0.15) The solid oxide fuel cell according to claim 1. 前記空気極は、LaAMnO3(但し、A=CaまたはSrのいずれか)で表されるランタンマンガナイトであることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  15. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the air electrode is lanthanum manganite represented by LaAMnO 3 (where A = Ca or Sr). . 前記燃料極は、NiOとイットリアを固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層からなることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  The solid electrolyte fuel according to any one of claims 1 to 15, wherein the fuel electrode comprises a layer in which zirconia in which NiO and yttria are dissolved is uniformly mixed at a predetermined weight ratio. battery. 前記燃料極と前記電解質の間には、NiOとスカンジアを固溶させたジルコニアが所定の重量比で均一に混合された層からなる燃料側電極反応層が介在されていることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  A fuel-side electrode reaction layer comprising a layer in which zirconia in which NiO and scandia are dissolved is uniformly mixed at a predetermined weight ratio is interposed between the fuel electrode and the electrolyte. Item 18. The solid oxide fuel cell according to any one of Items 1 to 16. 前記固体電解質型燃料電池におけるインターコネクターは、Caを固溶させたランタンクロマイトであることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の固体電解質型燃料電池。  18. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the interconnector in the solid oxide fuel cell is lanthanum chromite in which Ca is dissolved.
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JP4931361B2 (en) * 2005-03-29 2012-05-16 京セラ株式会社 Fuel cell and fuel cell
JP4596158B2 (en) * 2005-09-07 2010-12-08 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell
JP4315222B2 (en) * 2006-09-12 2009-08-19 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell
JP5631625B2 (en) * 2009-06-30 2014-11-26 日本碍子株式会社 Solid oxide fuel cell
EP2830128B1 (en) * 2013-03-19 2017-08-23 NGK Insulators, Ltd. Solid-oxide fuel cell
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EP2830129B1 (en) * 2013-03-19 2017-08-23 NGK Insulators, Ltd. Solid-oxide fuel cell
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