JP4950721B2 - 固体酸化物形燃料電池用燃料極材料 - Google Patents
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Description
(1) ニッケル−ジルコニア混合粒子
NiO粒子(ナカライテスク製、EPグレード、平均粒子径:1.3μm)120gと、10Sc1CeSZ粒子(第一稀元素製、平均粒子径:0.63μm)70gを1L容磁製ポットに入れ、5mmφジルコニアボール400gと10mmφジルコニアボール100gをメディアとし、50%エタノール水溶液を溶媒として、60回転/分で24時間湿式混合した。得られた混合粒子を乾燥し、1200℃で仮焼した。次いで、仮焼した混合粒子100gを250mL容アルミナ製ポットに入れ、20mmφジルコニアボール6個(計134g)をメディアとして、240回転/分で10分間、遊星ミルにより乾式粉砕した。
上記ニッケル−ジルコニア混合粒子と10Sc1CeSZ(第一稀元素製、平均粒子径:0.6μm)を、質量比90:10で混合し、5mmφジルコニアボール400gと10mmφジルコニアボール100gをメディアとし、50%エタノール水溶液を溶媒として、60回転/分で24時間湿式混合した。これを乾燥した後、当該混合物100質量部に対して、バインダーとしてエチルセルロースを3質量部、溶媒としてα−テルピネオールを40質量部加え、ロールミルを用いて混練し、燃料極ペーストとした。
La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(セイミケミカル製、平均粒子径:0.5μm)に、バインダーとしてエチルセルロースを3質量%、溶媒としてα−テルピネオールを30質量%の割合で加え、十分に混合することにより燃料極ペーストとした。
20モル%ガドリアドープセリア(セイミケミカル製、平均粒子径:0.5μm)を、10%の水を含むグリセリンに加え、十分に混合することにより反応防止層ペーストとした。
6モル%のスカンジアで安定化されたジルコニアのシート(5cm×5cm×厚さ100μm)の片面に、スクリーン印刷により、上記燃料極ペーストを直径1cmの円の形状に塗布し、90℃で5時間乾燥した。次に、その反対側に、スクリーン印刷により、上記反応防止層ペーストを直径1cmの円の形状に塗布し、同様に乾燥した。これを1300℃で5時間焼結した。続いて、反応防止層の上に上記空気極ペーストを直径1cmの円の形状にスクリーン印刷し、90℃で5時間乾燥後、1000℃で3時間焼結することによって、膜−電極接合体を得た。燃料極、空気極、反応防止層の各膜厚は、それぞれ約40μm、30μm、10μmであった。
上記実施例1において、ニッケル−ジルコニア混合粒子中の酸化ニッケル粉末とジルコニア粉末、およびニッケル−ジルコニア混合粒子と共に燃料極ペーストとするジルコニア粉末などを表1の通り変更した以外は同様にして、実施例2〜4の膜−電極接合体を製造した。
燃料極材料を表2の組成とした以外は実施例1と同様にして、膜−電極接合体を製造した。なお、表2中、本発明の範囲外である要件には下線を付してある。
上記実施例1および比較例1の膜−電極接合体について、小型単セル発電試験装置を用いて発電試験を行い、出力密度を測定した。燃料極側ガスとしては40mL/分の3%水蒸気加湿水素を、空気極側ガスとしては100mL/分の空気を使用し、試験温度は800℃とした。結果を図1に示す。
Claims (6)
- 固体酸化物形燃料電池の燃料極を形成するための材料であって、
ニッケル化合物粉末と第一ジルコニア粉末の混合物を1100〜1300℃で仮焼後に粉砕して得られる、平均粒子径が2〜10μmのニッケル化合物−ジルコニア混合粉末;および
平均粒子径が0.1〜1μmの第二ジルコニア粉末からなり;
ニッケル化合物が、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、炭酸ニッケルまたは硝酸ニッケルであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用燃料極材料。 - ニッケル化合物−ジルコニア混合粉末において、ニッケル化合物粉末の割合が40〜70質量%、第一ジルコニア粉末の割合が30〜60質量%であり、原料であるニッケル化合物粉末の平均粒子径が0.3〜5μm、第一ジルコニア粉末の平均粒子径が0.1〜1μmである請求項1に記載の燃料極材料。
- ニッケル化合物−ジルコニア混合粉末の割合が70〜95質量%、第二ジルコニア粉末の割合が5〜30質量%である請求項1または2に記載の燃料極材料。
- 第一および第二ジルコニア粉末が、3〜10モル%イットリア安定化ジルコニア、4〜12モル%スカンジア安定化ジルコニア、および3〜15モル%イッテルビア安定化ジルコニアからなる群より選択される少なくとも1種の粉末である請求項1〜3の何れか1項に記載の燃料極材料。
- 固体酸化物形燃料電池における固体電解質の片面側に形成された燃料極であって、当該燃料極が、請求項1〜4の何れか1項に記載の燃料極材料で形成されたものであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用燃料極。
- 固体電解質の片面側に請求項5に記載の燃料極が形成され、他方面側に空気極が形成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル。
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