JP4910966B2 - 中温域で作動可能な燃料電池 - Google Patents
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Description
A1.固体高分子膜型:
図1は参考例としての固体高分子膜型燃料電池の構成を模式的に示す説明図である。燃料電池を構成するセルの断面を示した。このセルは、酸素極10、水素極30で電解質膜20を挟んだ構造となっている。酸素極10には、酸化ガスとしての空気を供給するための流路が設けられている。水素極30には、水素リッチな燃料ガスを供給するための流路が設けられている。酸素極10、水素極30は、カーボンなど種々の材料で形成可能である。
図4は、金属拡散抑制層を備えた固体高分子膜型燃料電池の第1の構成を模式的に示す説明図である。燃料電池を構成するセルの断面を示した。基本的な構成は図1に示した燃料電池と同様であるが、金属拡散抑制層25が、パラジウム(Pd)の緻密層21とバナジウム−ニッケル合金(V−Ni)の緻密層22の境界面に設けられている点で図1とは異なっている。
B1.固体酸化物型:
図6は実施例としての固体酸化物型燃料電池の構成を模式的に示す説明図である。燃料電池を構成するセルの断面を示した。このセルは、酸素極10、水素極30で電解質膜40を挟んだ構造となっている。酸素極10、水素極30の構造および材質は、固体高分子膜型と同様である。
図9は、金属拡散抑制層と反応抑制層を備えた固体酸化物型燃料電池の構成を模式的に示す説明図である。燃料電池を構成するセルの断面を示した。電解質膜50は、バナジウム(V)で形成された緻密な基材53を中心とする5層構造となっている。基材53の水素極30側の面には、緻密体の金属拡散抑制層54が備えられている。更に金属拡散抑制層54の外面には、パラジウム(Pd)の被膜55が設けられている。
ここから、先述した図7のステップS22における電解質の生成方法について説明する。本実施例では、ペロブスカイト型複合酸化物の電解質の生成方法について説明する。ペロブスカイト型複合酸化物とは、ABO3で一般表記される酸化物である。ここでは、Aサイトがアルカリ金属元素となっているものとする。
[AO]/[BO2]=0.95〜0.99([ ]はモル濃度を表わす)
とすることが好ましい。
[AO]/([BO2]+[MO2])=0.95〜0.99([ ]はモル濃度を表わす)
が好ましい。
20...電解質膜
21...緻密層
22...緻密層
23...電解質層
24...緻密層
25...金属拡散抑制層
30...水素極
40...電解質膜
41...被膜
42...電解質層
43...基材
50...電解質膜
51...電解質層
52...反応抑制層
53...基材
54...金属拡散抑制層
55...被膜
56...緻密体
Claims (10)
- 燃料電池用の電解質膜であって、
緻密な水素透過性材料で形成された基材と、
該基材上の少なくとも一方の面に成膜された無機質の電解質層とを備え、
前記水素透過性材料の基材は、異種金属からなる少なくとも2層の水素分離膜層から構成され、
該異種金属の接触界面の少なくとも一部に該異種金属同士の拡散を抑制する金属拡散抑制層を備え、
前記基材は、バナジウム、ニオブ、タンタルおよびこれらの少なくとも一部を含む合金のいずれかで形成され、
前記電解質層は固体酸化物で形成されており、
前記基材と前記電解質層との界面の少なくとも一部に、前記電解質層中の酸素原子と前記基材との反応を抑制する反応抑制層を備えた
電解質膜。 - 請求項1記載の電解質膜であって、
前記電解質層の面のうち前記基材と接触していない側の面を被覆する水素透過性材料の被膜を備える電解質膜。 - 請求項2記載の電解質膜であって、
前記基材と前記被膜とは異種の金属材料で形成される電解質膜。 - 請求項1〜3いずれか記載の電解質膜であって、
前記金属拡散抑制層は、プロトン伝導体,混合導電体,絶縁体,セラミックス,プロトン非伝導性の金属のうち少なくとも1つを含む電解質膜。 - 請求項1〜4いずれか記載の電解質膜であって、
前記反応抑制層は、プロトン伝導体,混合導電体,絶縁体のうち少なくとも1つを含む電解質膜。 - 請求項1記載の電解質膜であって、
前記電解質層の電解質は、アルカリ金属元素を主成分とする第1サイトを、その他の元素を主成分とする第2サイトに対して一定の比で含むと共に、酸素を所定量含む複合酸化物であって、
前記複合酸化物は、第2サイトの成分に対する第1サイトの成分のモル比が、前記一定の比より小さい混合比で合成された複合酸化物である
電解質膜。 - 請求項1記載の電解質膜であって、
前記電解質層の電解質は、アルカリ金属元素を主成分とする第1サイトを、その他の元素を主成分とする第2サイトに対して一定の比で含むと共に、酸素を所定量含む複合酸化物であって、
前記複合酸化物は、前記アルカリ金属元素とともに酸化物を形成する第3の元素の酸化物を所定量含んだ状態で合成された複合酸化物である
電解質膜。 - 燃料電池であって、
請求項1〜7いずれか記載の電解質膜と、
該電解質膜の一方の面に配置された酸素極、および該酸素極に酸化ガスを供給する酸化ガス供給部と、
該電解質膜の他方の面に配置された水素極と、および該水素極に水素リッチな燃料ガスを供給する燃料ガス供給部とを備える燃料電池。 - 請求項8記載の燃料電池であって、
前記基材は、バナジウム、ニオブ、タンタルおよびこれらの少なくとも一部を含む合金のいずれかであるとともに、該基材よりも水素極側に、前記電解質層が存在するよう配置されている燃料電池。 - 請求項8または9記載の燃料電池であって、
前記電解質膜は、前記電解質層と酸素極との間に、前記基材および被覆の少なくとも一方が介在するよう配置される燃料電池。
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