JP4120432B2

JP4120432B2 - 固体酸化物形燃料電池

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Publication number: JP4120432B2
Application number: JP2003071486A
Authority: JP
Inventors: 朋之中村; 恒一藤田
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2004281249A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体酸化物形燃料電池に係り、燃料極に含まれるＦｅの含有量を制御し、出力性能に優れた固体酸化物形燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体酸化物型燃料電池において、ＮｉとＳｍを固溶させたセリアの混合体からなる燃料極中にＦｅをＮｉに対し１０ｗｔ％程度添加することで、出力性能が向上する報告がなされている。（例えば非特許文献１参照）。該報告には、燃料に乾燥ジメチルエーテル、作動温度が７００℃、という炭素が析出しやすい条件下において、その効果が発揮されることが示されている。
【０００３】
【非特許文献１】
石原達己、外３名、「ジメチルエーテルを直接燃料に用いるＳＯＦＣの発電特性（２）アノード触媒への添加物効果」、２００３年電気化学会秋季大会予稿集、電気化学会、２００２年９月１３日、ｐ．７８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、非特許文献１に示されるように、炭素析出が起こる作動条件下において、燃料極中へＦｅを添加することが出力性能を向上させる報告がなされており、炭素析出が起こらない作動条件において出力性能を向上させても低下させることは考えられなかった。しかしながら、炭素析出が起こらない作動条件下において、Ｆｅを添加した燃料極を有する固体酸化物形燃料電池の発電実験を行った結果、燃料極中に含まれるＦｅが増えると、出力性能が低下することが分かった。
【０００５】
一方で、燃料極中に含まれるＦｅの量を減らしすぎると、出力性能の低下が見られた。つまり、高い出力性能を得る為の、燃料極におけるＦｅの含有量の最適範囲が存在し、最適範囲を見出す必要があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するものであり、燃料極に含まれるＦｅの含有量を制御し、出力性能に優れた固体酸化物形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】
前記目的を達成するために第１の発明は、電子導電性酸化物と酸素イオン導電性酸化物からなる空気極と、酸素イオン導電性酸化物からなる固体電解質と、電子導電性酸化物からなるインターコネクタと、Ｎｉと酸素イオン導電性酸化物の混合体からなる燃料極と、を備えた固体酸化物形燃料電池において、前記燃料極にはＦｅが含まれ、該Ｆｅの含有量が０．０１ｗｔ％以上０．１４ｗｔ％以下である固体酸化物形燃料電池を提供する。本発明では、電子導電性酸化物と酸素イオン導電性酸化物からなる空気極と、酸素イオン導電性酸化物からなる固体電解質と、電子導電性酸化物からなるインターコネクタと、Ｎｉと酸素イオン導電性酸化物の混合体からなる燃料極と、を備えた固体酸化物形燃料電池において、前記燃料極にはＦｅが含まれ、該Ｆｅの含有量が０．０１ｗｔ％以上０．１４ｗｔ％以下である為、出力性能の優れた固体酸化物形燃料電池を提供することが可能である。この理由は、前記Ｆｅの含有量が０．１４ｗｔ％超ではセル焼成時における該燃料極中の三相界面の減少、及び／または燃料極のガス拡散性の低下が生じ、一方、前記Ｆｅの含有量が０．０１ｗｔ％未満では該燃料極／該固体電解質間の接触抵抗の増大し、出力が低下する為である。
【０００８】
前記目的を達成する為に第２の発明は、前記燃料極を焼成法により成膜する固体酸化物形燃料電池の製造方法を提供する。本発明では、該燃料極を焼成法により成膜するため、コスト面に優れた固体酸化物形燃料電池を提供することが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施例に係る円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池のセルの構造である。
【００１０】
円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物形燃料電池の一種であり、空気極支持管―固体電解質―燃料極―インターコネクタで構成される円筒型セルを有する。また、空気極とインターコネクタの間にプリコート層と呼ばれる緻密空気極層を有するタイプも提案されている。円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池において、空気極側に酸素（空気）を流し、燃料極側にガス燃料（Ｈ_２、ＣＨ_４等）を流してやると、空気極、燃料極間に電位が生じ、発電が行われる。
【００１１】
円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池において、空気極には、空気側集電層と空気側電極反応層が存在する。空気側集電層は１）作動温度における酸化雰囲気での安定性、２）高い電子導電性、３）高いガス拡散性、を有するものが好ましい。これらを満たす為にランタンマンガナイト等が用いられる。円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池においては支持管が集電層となる。空気側電極反応層は、空気側集電層と固体電解質の間に存在し、１）作動温度における酸化雰囲気での安定性、２）電子導電性と酸素イオン導電性を兼備、３）高い反応活性と表面積、を有するものが好ましい。これらを満たす為に、ランタンマンガナイトと酸素イオン導電性酸化物の混合体や、混合導電性を有するランタンコバルタイト等が用いられる。
【００１２】
円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池において、固体電解質には、１）作動温度における酸化・還元両雰囲気での安定性、２）高い酸素イオン導電性、３）ガス気密性、を有するものが好ましい。これらを満たす為に、安定化ジルコニア（ドーパントとして、Ｃａ、Ｙ、Ｓｃが挙げられ、それぞれＣＳＺ、ＹＳＺ、ＳＳＺと表記）、希土類元素を固溶させたセリア、ランタンガレート等が用いられる。
【００１３】
円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池において、インターコネクタには１）作動温度における酸化・還元両雰囲気での安定性、２）高い電子導電性、３）ガス気密性、を有するものが好ましい。これらを満たす為に、Ｃａ等を固溶させたランタンクロマイト、Ｌａ等を固溶させたストロンチウム（またはカルシウム）チタネート等が用いられる。ランタンクロマイトは難焼結性材料として知られており、ランタンクロマイトの緻密化を目的として、インターコネクタと空気側集電体の間に、緻密空気極を設ける報告もなされている。緻密空気極には、１）作動温度における酸化雰囲気での安定性、２）高い電子導電性、３）ガス気密性、を有するものが好ましい。これらを満たす為に、ＳｒまたはＣａを固溶させたランタンマンガナイト等が用いられる。
【００１４】
円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池において、燃料極には、燃料側集電層と燃料側電極反応層が存在する。燃料側集電層は、１）作動温度における還元雰囲気での安定性、２）高い電子導電性、３）高いガス拡散性、を有するものが好ましい。これらを満たす為に、ＮｉＯと前記安定化ジルコニアの混合体（ＮｉＯ／ＣＳＺ、ＮｉＯ／ＹＳＺ、ＮｉＯ／ＳＳＺと表記）、ＮｉＯと希土類元素を固溶させたセリアの混合体等が用いられ、発電雰囲気にて該ＮｉＯがＮｉとなり電子導電性を示すようになる。高い電子導電性を確保するためにＮｉＯ量は５０ｗｔ％以上であることが好ましい。燃料側電極反応層は、燃料側集電層と固体電解質の間に存在し、１）作動温度における還元雰囲気での安定性、２）電子導電性と酸素イオン導電性を兼備、３）高い反応活性と表面積、を有するものが好ましい。これらを満たす為に、ＮｉＯ／ＹＳＺ、ＮｉＯ／ＳＳＺや、ＮｉＯと希土類元素を固溶させたセリアの混合体等が用いられ、該ＮｉＯは発電雰囲気にてＮｉとなり電子導電性を示すようになる。電子導電性と酸素イオン導電性の両方を効率よく発現させるために、ＮｉＯ量は１０〜５０ｗｔ％程度が好ましい。
【００１５】
固体酸化物形燃料電池の特徴として、水素のみならず、炭素を含むガスを燃料として用いることが出来ることが挙げられ、メタン、プロパン、ジメチルエーテル等が報告されている。炭素を含むガスを燃料として用いると、１）作動温度が７００℃以下、２）水未添加、３）Ｃ＝Ｃ結合を多く含有、のいずれかを含む条件では、燃料極のＮｉに炭素が析出しやすく、出力性能を著しく低下させる。
【００１６】
そこで、２００３年電気化学会秋季大会予稿集ｐ．７８に記載されているように、ＮｉとＳｍを固溶させたセリアの混合体からなる燃料極に、Ｎｉに対し１０ｗｔ％となるようにＦｅを添加することで、上記問題が解決された。燃料極に含まれるＦｅが析出する炭素を酸化させる為、炭素析出が抑制され出力性能が向上したと考えられている。
【００１７】
従って、燃料極に含まれるＦｅが出力性能を向上させることがあっても、低下させることは考えられなかった。しかしながら、炭素析出が起こらない作動条件下において発電実験を行った結果、燃料極中に含まれるＦｅが増えると、出力性能が低下することが分かった。原因として、Ｆｅが焼結性に寄与しており、焼結性向上により燃料側の三相界面の低減、及び／または燃料極のガス拡散性の低下が起こった為と考えられた。
【００１８】
一方で、燃料極中に含まれるＦｅの量を減らしすぎると、出力性能が低下することが分かった。原因として、焼結性低下により固体電解質／燃料側電極反応層／燃料側集電層の接触抵抗が増大した為であると考えられた。つまり、高い出力性能を得る為の、燃料極に含まれるＦｅの含有量の最適範囲が存在し、それを見出す必要があった。
【００１９】
ここで表１に７０ｗｔ％ＮｉＯ／３０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを大気中１４００℃で２時間焼成したときの相対密度を示す。ここで相対密度とは、結晶構造から求められる理論密度に対する、アルキメデス法で求められた試料の密度の割合である。試料の調整法として、平均径１μｍのＮｉＯ／ＹＳＺ粉末、平均径０．５μｍのＦｅ粉末、ポリビニルアルコール水溶液を所定量秤量して乳鉢混合をした後、一軸加圧成形し１４００℃で２時間焼成した。Ｆｅ含有量は成形体を溶解し、ＩＣＰ発光分光法にて定量した。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１より、粉末に含まれるＦｅ含有量が増えると、相対密度が大きくなることが判る。このように、ＮｉＯ／ＹＳＺからなる燃料極に含まれるＦｅが焼結性を向上させることが証明された。上記結果から、固体酸化物形燃料電池において、燃料極に含まれるＦｅの含有量が多すぎると、焼結性が高すぎる為、燃料極中の三相界面の減少及び／またはガス拡散性の低下が見られ、一方燃料極に含まれるＦｅが少なすぎると、焼結性が低すぎる為、燃料極／固体電解質間の接触抵抗が大きくなり、結果としていずれの場合も出力性能が低下することが分かった。
【００２２】
本発明は円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池に限られるものではなく、円筒横縞型や、平板型燃料電池、マイクロチューブと呼ばれる超小型円筒型燃料電池であっても良い。
【００２３】
次に、本発明における固体酸化物形燃料電池の作製方法について説明する。図１に示す円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池に用いた。
【００２４】
［実施例１］
（１）空気極支持管の作製
組成がＬａ_０ _. _７５Ｓｒ_０．２５ＭｎＯ_３で表されるＳｒを固溶させたランタンマンガナイト（以下ＬＳＭと表記）を共沈法で作製後、熱処理して空気電極原料粉末を得た。平均粒子径は、３０μｍとした。該粉末１００重量部、バインダー（メチルセルロース）１０重量部、溶媒（水）１０重量部、脱形剤（グリセリン）３重量部と混合し、杯土を得て、押し出し成形法によって円筒状成形体を作製した。
【００２５】
（２）緻密空気極の作製
上記空気極と同じ組成の粉末を、緻密空気極の原料とした。平均粒子径は２μｍとした。該粉末４０重量部、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。前記スラリーをスラリーコート法により緻密空気極を成膜し、空気極支持管と共に１５００℃で焼成した。焼成後の空気極支持管の厚みは２ｍｍ、緻密空気極の厚みは４０μｍとした。
【００２６】
（３）空気側電極反応層の作製
組成が５０ｗｔ％Ｌａ_０ _. _７５Ｓｒ_０．２５ＭｎＯ_３／５０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｓｃ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＬＳＭとＳＳＺの混合体を共沈法で作製後、熱処理して空気側電極反応層原料粉末を得た。平均粒子径は２μｍとした。該粉末４０重量部、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。前記スラリーを、空気極支持管上にスラリーコート法で成膜した後に１４００℃で焼成した。厚さは２０μｍとした。
【００２７】
（４）固体電解質の作製
組成が（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＹＳＺを共沈法で作製後、熱処理して固体電解質原料粉末を得た。平均粒子径は０.５μｍとした。該粉末４０重量部、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。前記スラリーを、空気側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。厚さは３０μｍとした。
【００２８】
（５）インターコネクタの作製
組成がＬａ_０ _. _８０Ｃａ_０．２０ＣｒＯ_３で表されるＣａを固溶させたランタンクロマイトを噴霧熱分解法で作製後、熱処理してインターコネクタ原料粉末を得た。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、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。前記スラリーを緻密空気極上にスラリーコート法によりインターコネクタを成膜し、１４００℃で焼成した。焼成後の厚みは４０μｍとした。
【００２９】
（６）燃料側電極反応層の作製
組成が２０ｗｔ％ＮｉＯ／８０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１、及び５０ｗｔ％ＮｉＯ／５０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを共沈法で作製後、熱処理して燃料側電極反応層原料粉末を得た。平均粒子径はいずれも０.５μｍとした。該粉末に対し平均径０．５μｍのＦｅ粉末０．０１ｗｔ％添加した粉末１００重量部、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ソン酸エステル）５重量部、消泡剤（ソルビタンセスキオレート）１重量部、可塑剤（フタル酸ジブチル）５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。前記スラリーを、固体電解質上に燃料側電極反応層を２０ｗｔ％ＮｉＯ／８０ｗｔ％ＹＳＺ、５０ｗｔ％ＮｉＯ／５０ｗｔ％ＹＳＺの順でスラリーコート法により成膜した。
【００３０】
（７）燃料側集電層の作製
組成が７０ｗｔ％ＮｉＯ／３０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを共沈法で作製後、熱処理して燃料側電極反応層原料粉末を得た。平均粒子径を５μｍとした。該粉末に対し平均径０．５μｍのＦｅ粉末０．０１ｗｔ％添加した粉末１００重量部、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ソン酸エステル）５重量部、消泡剤（ソルビタンセスキオレート）１重量部、可塑剤（フタル酸ジブチル）５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。前記スラリーを、燃料側電極反応層上に燃料側集電層をスラリーコート法により成膜し、燃料側電極反応層と共に１４００℃で焼成した。燃料側電極反応層の膜厚は１０μｍ、燃料側集電層の膜厚は９０μｍとした。
【００３１】
［実施例２］
上記空気極、緻密空気極、空気側電極反応層、固体電解質、インターコネクタの作製法は、実施例１と同様である。燃料側電極反応層の作製方法は以下の通りである。燃料極側電極反応層として、前記Ｆｅ粉末を０．０７ｗｔ％添加した２０ｗｔ％ＮｉＯ／８０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１、５０ｗｔ％ＮｉＯ／５０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。燃料側集電層の作製方法は以下の通りである。燃料極集電層として、前記Ｆｅ粉末を０．０７ｗｔ％添加した７０ｗｔ％ＮｉＯ／３０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００３２】
［実施例３］
上記空気極、緻密空気極、空気側電極反応層、固体電解質、インターコネクタの作製法は、実施例１と同様である。燃料側電極反応層の作製方法は以下の通りである。燃料極側電極反応層として、前記Ｆｅ粉末を０．１４ｗｔ％添加した２０ｗｔ％ＮｉＯ／８０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１、５０ｗｔ％ＮｉＯ／５０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。燃料側集電層の作製方法は以下の通りである。燃料極集電層として、前記Ｆｅ粉末を０．１４ｗｔ％添加した７０ｗｔ％ＮｉＯ／３０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００３３】
［比較例１］
上記空気極、緻密空気極、空気側電極反応層、固体電解質、インターコネクタの作製法は、実施例１と同様である。燃料側電極反応層の作製方法は以下の通りである。燃料極側電極反応層として、前記Ｆｅ粉末を添加しない２０ｗｔ％ＮｉＯ／８０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１、５０ｗｔ％ＮｉＯ／５０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。燃料側集電層の作製方法は以下の通りである。燃料極集電層として、前記Ｆｅ粉末を添加しない７０ｗｔ％ＮｉＯ／３０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００３４】
［比較例２］
上記空気極、緻密空気極、空気側電極反応層、固体電解質、インターコネクタの作製法は、実施例１と同様である。燃料側電極反応層の作製方法は以下の通りである。燃料極側電極反応層として、前記Ｆｅ粉末を０．２１ｗｔ％添加した２０ｗｔ％ＮｉＯ／８０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１、５０ｗｔ％ＮｉＯ／５０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。燃料側集電層の作製方法は以下の通りである。燃料極集電層として、前記Ｆｅ粉末を０．２１ｗｔ％添加した７０ｗｔ％ＮｉＯ／３０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００３５】
［比較例３］
上記空気極、緻密空気極、空気側電極反応層、固体電解質、インターコネクタの作製法は、実施例１と同様である。燃料側電極反応層の作製方法は以下の通りである。燃料極側電極反応層として、前記Ｆｅ粉末を６．４７ｗｔ％（Ｎｉに対し１０ｗｔ％に相当）添加した２０ｗｔ％ＮｉＯ／８０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１、５０ｗｔ％ＮｉＯ／５０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。燃料側集電層の作製方法は以下の通りである。燃料極集電層として、前記Ｆｅ粉末を６．４７ｗｔ％（Ｎｉに対し１０ｗｔ％に相当）添加した７０ｗｔ％ＮｉＯ／３０ｗｔ％（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｙ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＮｉＯ／ＹＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００３６】
［実施例４］
上記空気極支持管、緻密空気極、空気側電極反応層、インターコネクタ、燃料側電極反応層、燃料側集電層の作製法は、実施例１と同様である。固体電解質の作製方法は以下の通りである。固体電解質として（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｓｃ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＳＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００３７】
［実施例５］
上記空気極支持管、緻密空気極、空気側電極反応層、インターコネクタ、燃料側電極反応層、燃料側集電層の作製法は、実施例２と同様である。固体電解質の作製方法は以下の通りである。固体電解質として（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｓｃ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＳＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００３８】
［実施例６］
上記空気極支持管、緻密空気極、空気側電極反応層、インターコネクタ、燃料側電極反応層、燃料側集電層の作製法は、実施例３と同様である。固体電解質の作製方法は以下の通りである。固体電解質として（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｓｃ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＳＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００３９】
［比較例４］
上記空気極支持管、緻密空気極、空気側電極反応層、インターコネクタ、燃料側電極反応層、燃料側集電層の作製法は、比較例１と同様である。固体電解質の作製方法は以下の通りである。固体電解質として（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｓｃ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＳＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００４０】
［比較例５］
上記空気極支持管、緻密空気極、空気側電極反応層、インターコネクタ、燃料側電極反応層、燃料側集電層の作製法は、比較例２と同様である。固体電解質の作製方法は以下の通りである。固体電解質として（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｓｃ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＳＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００４１】
［比較例６］
上記空気極支持管、緻密空気極、空気側電極反応層、インターコネクタ、燃料側電極反応層、燃料側集電層の作製法は、比較例３と同様である。固体電解質の作製方法は以下の通りである。固体電解質として（ＺｒＯ_２）_０．９（Ｓｃ_２Ｏ_３）_０．１で表されるＳＳＺを用いた。成膜法は実施例１と同様である。
【００４２】
以上の方法で得られた円筒セルの発電評価を行なった。以下に示す条件における電位を表２に示す。燃料：Ｈ_２、酸化剤：空気、温度：８００℃、電流密度：０．３Ａ／ｃｍ^２。なお燃料極に含まれるＦｅ含有量は、燃料極を剥離したものを溶解し、ＩＣＰ発光分光法にて定量した。
【００４３】
【表２】

【００４４】
比較例１がＦｅを全く添加していない系、比較例３が燃料極のＮｉ量に対し１０ｗｔ％のＦｅを添加した系であり、それぞれ従来の技術に相当し、比較例２が本発明の範囲外の系に相当する。本発明の実施例である１から３において、高い電位を達成し、その値はほぼ一定であった。実施例１から３と比較して、Ｆｅをほとんど含まない比較例１では電位が４０ｍＶ低い値を示し、燃料極のＮｉ量に対し１０ｗｔ％のＦｅを添加した比較例３では、電位が１２０ｍＶ低い値を示した。本発明の範囲外である比較例２では、比較例３より高いものの実施例１から３とは大きな差を示した。
【００４５】
また、実施例３、４及び比較例３、４を見ると燃料極と隣接する固体電解質がＹＳＺからＳＳＺに替わることで電位は上昇したが、傾向としてはＹＳＺと同様、Ｆｅが０．０１ｗｔ％以上０．１４ｗｔ％以下の範囲で最も高く、それ以外の範囲で電位が低下することが分かった。
【００４６】
以上の結果から、燃料極中に含まれるＦｅは０．０１ｗｔ％以上０．１４ｗｔ％であることが望ましいことが確認された。
【００４７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の固体酸化物形燃料電池は、前記燃料極に含まれるＦｅの含有量が０．０１ｗｔ％以上０．１４ｗｔ％以下であることを特徴としており、該Ｆｅの含有量が０．１４ｗｔ％超におけるセル焼成時における該燃料極中の三相界面の減少、及び該Ｆｅの含有量が０．０１ｗｔ％未満における該燃料極／該固体電解質間の接触抵抗の増大、を防止でき、出力性能の優れた固体酸化物形燃料電池を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池のセルの構造である。
【符号の説明】
１：空気極
２：固体電解質
３：燃料極
４：インターコネクタ

Claims

電子導電性と酸素イオン導電性を有する酸化物からなる空気極と、酸素イオン導電性酸化物からなる固体電解質と、電子導電性酸化物からなるインターコネクタと、Ｆｅ粉末とＮｉ粉末と酸素イオン導電性酸化物粉末の混合体を焼結してなる燃料極と、を備えた固体酸化物形燃料電池において、前記燃料極に含まれるＦｅの含有量が０．０１ｗｔ％以上０．１４ｗｔ％以下である固体酸化物形燃料電池。
前記燃料極を焼成法により成膜することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。