JP5317493B2 - 電気化学セル - Google Patents

Description

本発明は、水蒸気を電気分解する反応および水蒸気を排出する電池反応などの電気化学反応を起こさせる電気化学セルに関する。

新エネルギーのひとつとして、水素が挙げられる。水素の利用分野として、水素と酸素を電気化学的に反応させることにより、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池が注目されている。燃料電池は高いエネルギー利用効率を有し、大規模分散電源、家庭用電源、移動用電源として開発が進められている。

燃料電池は、温度域や使用する材料・燃料の種類に応じて、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形などに分けられる。このうち、固体酸化物の電解質を使用して電気化学反応により電気エネルギーを得る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、効率などの観点で注目されている。

また、水の電気分解反応で水素を製造することができる。このような水素製造の方法のうち、高温の水蒸気の状態で電気分解する高温水蒸気電解法の動作原理は、ＳＯＦＣの逆反応である。このため、高温水蒸気電解法による電気分解に、ＳＯＦＣと同様に固体酸化物の電解質を用いた電気分解セルを用いることができる。

燃料電池あるいは電気分解セルは、一般的に、電解質と電極とから構成され、電気化学セルと呼ばれる。固体酸化物の電解質は酸素イオン導電性を有することを特徴とし、一般に緻密な安定化ジルコニアの成形体を用いている。安定化ジルコニアとしては、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）や、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＹＺ）などが用いられる。また、電解質材料として、安定化ジルコニアと比較して酸素イオン導電性が良好なペロブスカイト型酸化物やセリア系固溶体を用いる場合がある。セリア系固溶体としては、サマリアを添加したセリア（ＳＤＣ）や、ガドリニアを添加したセリア（ＧＤＣ）などが用いられる。

電極は、ＳＯＦＣを例にとると、空気極と燃料極に分けられる。空気極では、空気中の酸素が電子（ｅ⁻）を取り込み、電気化学反応によって酸素イオンが生成され、電解質へと移動する。燃料極では、燃料ガスであるＨ_２と、電解質を移動してきた酸素イオンとが電気化学的に反応し、Ｈ_２Ｏと電子（ｅ⁻）が生成される。

空気極には、一般的に、ペロブスカイト型酸化物や、これらの一部サイトを置換した酸化物が用いられる。このような酸化物としては、ＬａＳｒＭｎ酸化物（ＬＳＭ）、ＬａＳｒＣｏ酸化物（ＬＳＣ）、ＬａＳｒＣｏＦｅ酸化物（ＬＳＣＦ）、ＬａＳｒＦｅ酸化物（ＬＳＦ）などがある。また、空気極には、たとえば、ＬＳＭ−ＹＳＺ、ＬＳＭ−ＳｃＳＺ、ＬＳＣ−ＳＤＣ、ＬＳＣ−ＧＤＣなど、電解質に用いる固体酸化物との混合体を用いる場合もある。

燃料極には、一般的に、金属と固体酸化物の混合焼結体（サーメット）が用いられる。このようなサーメットとしては、たとえば、Ｎｉ−ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、Ｎｉ−ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）などがある。また、燃料極に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｍｇ、Ｐｔなどの金属単体、金属の混合体あるいは合金などを用いる場合もある。
特許第２７８７１５６号公報

固体酸化物の電解質を用いた燃料電池や電気分解セルの燃料極には、一般的に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの金属が構成要素のひとつとなっている。これらの金属は、高い電子導電性を有している。電子導電性を有することから、集・給電体の役割も担っている。特に燃料極の構成要素である金属が集・給電体と同一金属であれば、燃料極と集・給電体間の接触抵抗も比較的小さい。また、電子導電性を向上させるために、特許文献１に示すように、Ｎｉ繊維などを混合する例もある。

一方、固体酸化物の電解質を用いた燃料電池や電気分解セルの空気極に、一般的に用いられる固体酸化物は、酸素イオン導電性とともに電子導電性を有するが、燃料極に用いているＮｉやＦｅなどの金属と比較して、その電子導電性は非常に小さい。しかし、このような電気分解セルにおいて、空気極は高温酸化雰囲気に曝されるため、ＮｉやＦｅは酸化されやすい。酸化された金属の著しく電子導電性は低くなるため、これらの金属をそのまま空気極に用いることは困難である。また、空気極と集・給電体間の接触抵抗は、大きくなる傾向がある。

しかし、固体酸化物の電解質を用いた燃料電池や電気分解セルの電極では、性能を向上させるために、電子導電性を高めたほうがよい。また、電極と集・給電体間の接触抵抗も低減した方が好ましい。これらの要求は、特に、燃料極より空気極で高い。

そこで、本発明は、固体酸化物の電解質を用いた燃料電池や電気分解セルの電極の電子導電性を向上させることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、電気化学セルにおいて、酸素イオン導電性と電子導電性とを備えた燃料極と、酸素イオン導電性と電子導電性とを備えた空気極と、前記空気極と前記燃料極とで挟まれるように設けられて酸素イオン導電性を持つ固体酸化物を含有する電解質と、を有し、前記空気極は基材とその表面の全面にコーティングされた電子導電性を持つ物質とを有する表面電子導電体を含有し、前記基材は少なくとも前記電解質と同じ材料か、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＮｂＯ_２、ＴｉＢ_２、ＺｒＢ_２、ＭｏＢ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ_２、ＳｉＡｌＯＮ、ＣｅＯ_２、またはこれらの混合物、固溶体、金属との混合焼結体のいずれか一つであり、前記空気極における前記基材にコーティングされた前記電子導電性を持つ物質は高温酸化雰囲気でも酸化しにくい貴金属あるいは電子導電性セラミックスの少なくともいずれかである、ことを特徴とする。

本発明によれば、固体酸化物の電解質を用いた燃料電池や電気分解セルの電極の電子導電性を向上させることができる。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施の形態］
図３は、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第１の実施の形態における単セルの断面図である。

固体酸化物形燃料電池の単セル１０は、電解質１１、燃料極１２および空気極１３を有している。電解質１１は、燃料極１２と空気極１３とを、これらに挟まれるように支持している。電解質１１は、酸素イオン導電性を持つ固体酸化物である。燃料極１２および空気極１３は、いずれも酸素イオン導電性および電子導電性を備えている。なお、燃料極１２および空気極１３のいずれかの電極を支持体としてもよい。固体酸化物形燃料電池は、たとえば複数の単セル１０を電気的に直列に接続して、１つの単セル１０よりも高い起電力を得るように形成されている。

電解質１１は、安定化ジルコニアなどの酸素イオン導電性を有する材料で形成されている。安定化ジルコニアとは、たとえばＹ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯなどを安定化剤としてジルコニア（ＺｒＯ_２）に添加したものである。

また、ペロブスカイト型酸化物で電解質１１を形成してもよい。このペロブスカイト型酸化物としては、たとえば、ＬａＳｒＧａＭｇ酸化物、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏ酸化物、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏＦｅ酸化物などが挙げられる。

セリア系電解質固溶体で電解質１１を形成してもよい。セリア系電解質固溶体としては、Ｓｍ_２Ｏ_３をセリア（ＣｅＯ_２）に添加したもの（ＳＤＣ）、Ｇｄ_２Ｏ_３をセリアに添加したもの（ＧＤＣ）、Ｙ_２Ｏ_３をセリアに添加したもの（ＹＤＣ）、Ｌａ_２Ｏ_３をセリアに添加したもの（ＬＤＣ）、ＣａＯをセリアに添加したもの（ＣＤＣ）などを用いることができる。なお、これら以外の物質を電解質１１に用いてもよい。

燃料極１２は、たとえばサーメットで形成される。燃料極１２に用いるサーメットは、酸素イオン導電性を持つ固体酸化物と触媒作用を持つ金属との複合材料である。燃料極１２は、たとえばサーメット中に金属を含有しているため、電子導電性も有している。

サーメットを構成する酸素イオン導電性を持つ固体酸化物としては、たとえば安定化ジルコニアを用いる。この安定化ジルコニアとしては、たとえばＹ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯなどを安定化剤として添加した安定化ジルコニアが挙げられる。

サーメットに混合される触媒作用を持つ金属とは、たとえばＮｉである。したがって、燃料極１２に用いるサーメットとは、たとえば、Ｎｉ−ＹＳＺ、Ｎｉ−ＳｃＳＺ、Ｎｉ−ＳＤＣ、Ｎｉ−ＧＤＣ、Ｎｉ−ＹＤＣ、などである。また、これらに、たとえば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｕなどの金属や、これらの合金を添加したものでもよい。

図１は、本実施の形態における空気極の模式図である。

空気極１３は、イオン導電性と電子導電性を有する物質の粒子１５を含有している。このような物質としては、たとえば、ＬａＳｒＭｎ酸化物（ＬＳＭ）、ＬａＳｒＣｏ酸化物（ＬＳＣ）、ＬａＳｒＣｏＦｅ酸化物（ＬＳＣＦ）、ＬａＳｒＦｅ酸化物（ＬＳＦ）、ＬａＳｒＭｎＣｏ酸化物（ＬＳＭＣ）、ＬａＳｒＭｎＣｒ酸化物（ＬＳＭＣ）、ＬａＣｏＭｎ酸化物（ＬＣＭ）、ＬａＳｒＣｕ酸化物（ＬＳＣ）、ＬａＳｒＦｅＮｉ酸化物（ＬＳＦＮ）、ＬａＮｉＦｅ酸化物（ＬＮＦ）、ＬａＢａＣｏ酸化物（ＬＢＣ）、ＬａＮｉＣｏ酸化物（ＬＮＣ）、ＬａＳｒＡｌＦｅ酸化物（ＬＳＡＦ）、ＬａＳｒＣｏＮｉＣｕ酸化物（ＬＳＣＮＣ）、ＬａＳｒＦｅＮｉＣｕ酸化物（ＬＳＦＮＣ）、ＬａＮｉ酸化物（ＬＮ）、ＧｄＳｒＣｏ酸化物（ＧＳＣ）、ＧｄＳｒＭｎ酸化物（ＧＳＭ）、ＰｒＣａＭｎ酸化物（ＰＣａＭ）、ＰｒＳｒＭｎ酸化物（ＰＳＭ）、ＰｒＢａＣｏ酸化物（ＰＢＣ）、ＳｍＳｒＣｏ酸化物（ＳＳＣ）、ＮｄＳｍＣｏ酸化物（ＮＳＣ）、ＢｉＳｒＣａＣｕ酸化物（ＢＳＣＣ）、ＢａＬａＦｅＣｏ酸化物（ＢＬＦＣ）、ＢａＳｒＦｅＣｏ酸化物（ＢＳＦＣ）、ＹＳｒＦｅＣｏ酸化物（ＹＬＦＣ）、ＹＣｕＣｏＦｅ酸化物（ＹＣＣＦ）、ＹＢａＣｕ酸化物（ＹＢＣ）、などが挙げられる。

また、空気極１３には、電解質１１にも用いることができる酸素イオン導電性を有する材料との混合物を用いてもよい。たとえば、ＬＳＭ−ＹＳＺ、ＬＳＣＦ−ＳＤＣ、ＬＳＣＦ−ＧＤＣ、ＬＳＣＦ−ＹＤＣ、ＬＳＣＦ−ＬＤＣ、ＬＳＣＦ−ＣＤＣ、ＬＳＭ−ＳｃＳＺ、ＬＳＭ−ＳＤＣ、ＬＳＭ−ＧＤＣなどで空気極１３を形成することができる。また、これらに、たとえば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの触媒成分を添加したものでもよい。

また、空気極１３は、表面に電子導電性を持つ物質がコーティングされた粒子状の表面電子導電体１７を含有している。

図２は、本実施の形態における空気極中の表面に電子導電性を持つ物質がコーティングされた粒子の断面図である。

この粒子状の表面電子導電体１７は、基材７１の表面に電子導電性を持つ物質７２をコーティングしたものである。基材７１の材質は、耐熱性および安定性が高いものが好ましい。たとえば、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＮｂＯ_２、ＴｉＢ_２、ＺｒＢ_２、ＭｏＢ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ_２、ＳｉＡｌＯＮ、ＣｅＯ_２などや、これらを構成成分の一つとした混合物、固溶体、金属との混合焼結体（サーメット）などを基材７１として用いることができる。

電子導電性を持つ物質７２とは、たとえば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕなどの金属である。また、電子導電性を持つ物質７２として、これらの混合物あるいは合金などを用いてもよい。また、酸化物セラミックスや、非酸化物セラミックスを用いてもよい。特に、空気極１３では高温酸化雰囲気に曝されるため、電子導電性を持つ物質７２は、貴金属や、電子導電性をもつセラミックス系物質などの耐高温酸化性に優れるものが好ましい。

電子導電性を持つ物質７２は、たとえば、メッキ方法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、電気泳動法、スラリーコーティング法、スパッタリング法、プラズマスプレー法、イオンプレーティング法、フレームスプレー法、プラズマジェットトーチ法、ＥＶＤ法、などで基材７１の表面へコーティングすることができる。

図４は、基材の表面に電子導電性を持つ物質がコーティングされた粒子の顕微鏡写真である。

図４に見られる表面電子導電体１７は、基材としてＹＳＺ粒子を用い、その表面に電子導電性を持つ物質であるＡｇをコーティングしたものである。直径１５μｍ程度のＹＳＺ粒子の表面に、１μｍ程度のＡｇ層がコーティングされている。本実施の形態の空気極１３は、このような表面電子導電体１７を含有している。

また、この表面電子導電体１７を燃料極１２に含有させてもよい。燃料極１２と空気極１３に含有される表面電子導電体１７は、互いに組成が異なっていてもよい。

たとえば、空気極１３は、発電中に高温酸化雰囲気となるため、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの酸化しやすい金属は電子導電性を持つ物質７２として用いにくい。そこで、空気極１３では、高温酸化雰囲気でも酸化しにくいＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｕなどの貴金属を単体あるいは合金として用い、運転中に還元雰囲気となる燃料極１２では、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの安価な金属を用いることにより、全体としてコストを低減することができる。また、空気極１３には、電子導電性を持つセラミックス系物質をコーティングしてもよい。さらに、電子導電性を持つセラミックス系物質として、酸素イオン・電子混合導電体を用いることで、反応三相界面が増え、電気化学反応が促進されるようになる。

表面電子導電体１７の混合量は、電極全体の触媒活性が損なわれず、かつ、表面電子導電体１７同士のネットワーク（連なり）が構築できる範囲とすることが好ましい。このような電極では、その内部に高い電子導電性をもつ電子導電パスが構築される。このため、触媒活性を損なわないまま、空気極１３の電気抵抗を低減することができる。また、集・給電材との接触抵抗を低減することができる。さらに、電子導電パスが空気極１３内に構築できることにより、電極全体に電子を供給でき、触媒作用を有する電極材料の近傍まで効率よく電子を供給でき、そのため反応が促進される。

表面電子導電体１７の基材７１は、電解質１１と同じ材料で形成してもよい。たとえば、電解質１１にＹＳＺを用いた場合にはＹＳＺを、ＳｃＳＺを用いた場合にはＳｃＳＺを基材７１として用いる。これによって、単セル１０を構成する電解質１１と、電極との熱膨張差を小さくすることができ、電極の剥離やクラックの発生などを抑制することができる。

このような単セル１０を用いたＳＯＦＣを用いて発電を行う場合、燃料極１２にはメタンなどの炭化水素を供給し、空気極１３には酸素を含む空気を供給する。燃料極１２に供給された炭化水素は、燃料極１２中のＮｉなどを改質触媒として、改質反応を起こす。この燃料極１２での内部改質によって水素が生成され、電池反応に用いられる。

燃料極１２および空気極１３はいずれも、できるだけ内部に炭化水素あるいは酸素が入り込める方が反応に用いられる気体が多くなる。このため、燃料極１２および空気極１３は、多孔質体であることが好ましい。

このように本実施の形態の固体酸化物電解質形燃料電池では、空気極などの電極の電子導電性を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第２の実施の形態における空気極の模式図である。

本実施の形態の固体高分子形燃料電池の空気極１３では、第１の実施の形態における粒子状の表面電子導電体１７（図２参照）の代わりに、繊維状の表面電子導電体１８を含有している。この繊維状の表面電子導電体１８は、細長い基材７１の表面に電子導電性を持つ物質７２をコーティングしたものである。

繊維状の表面電子導電体１８は、たとえばＹＳＺで形成された細長い繊維状の基材７１の表面に、たとえばＡｇなどの電子導電性を持つ物質７２をコーティングして形成される。この繊維状の表面電子導電体１８の横断面形状は、第１の実施の形態における粒子状の表面電子導電体１８の断面形状とほぼ同様の断面形状を有する。

このような繊維状の表面電子導電体１８であっても、空気極１３に含有させることにより、空気極１３の内部での電子導電の経路が増加するため、電気的抵抗が低下する。つまり、少なくとも表面に電子導電性を持つ物質がコーティングされていれば、第１の実施の形態のように粒子状であっても、本実施の形態のように繊維状であっても、あるいは他の形状であっても、電子導電の経路は増加し、空気極１３の電気的抵抗が低下する。

また、粒子状の表面電子導電体１７（図２参照）と繊維状の表面電子導電体１８とを混合して空気極１３などに含有させてもよい。これにより、電子導電性物質で表面をコーティングした物体間の結合が強固となり、また、より多くの電子導電パスが構築されるようになる。

このように本実施の形態の固体酸化物電解質形燃料電池では、空気極などの電極の電子導電性を向上させることができる。

［第３の実施の形態］
図６は、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第３の実施の形態における空気極に含有された基材の表面に電子導電性を持つ物質をコーティングした粒子の断面図である。

本実施の形態では、第１の実施の形態と、空気極１３に含有された基材の表面に電子導電性を持つ物質をコーティングした表面電子導電体が異なる。本実施の形態において、空気極１３には、基材７１の表面に２つのコーティング層７３，７４が積層した表面電子導電体１９が含有される。いずれのコーティング層７３，７４も、電子導電性を持つ物質で形成されている。

図７は、ＹＳＺを基材としてその表面にＡｇをコーティングした粒子を高温に保持した後の状態を示す顕微鏡写真である。

Ａｇは、貴金属の中では比較的融点が低い。このため、Ａｇを外側表面に均一にコーティングした粒子が高温に曝されると、図７に示すように、Ａｇが凝集して基材であるＹＳＺの表面に斑に点在するようになる場合がある。そこで、Ａｇよりも融点が高い、たとえばＰｔをコーティングすることにより、高温での安定性が向上する。しかし、Ｐｔは、Ａｇよりも電気抵抗が大きいため、電子導電性を持つ物質としてＰｔを単にコーティングしただけでは、空気極１３全体の電気抵抗が増加してしまう。

そこで、本実施の形態の空気極１３に含有される表面電子導電体１９の内側のコーティング層７３は、外側のコーティング層７４よりも電気抵抗が小さいＡｇで形成されている。一方、外側のコーティング層７４は、たとえば内側のコーティング層７３よりも融点が高いＰｔで形成されている。このような空気極１３では、高温での安定性を備えつつ、電気抵抗を低減することができる。

また、外側のコーティング層７４を、内側のコーティング層７３よりも耐酸化性が高い物質で形成してもよい。この場合、酸化雰囲気中でも空気極１３に、高い電子導電性を持つ物質を用いることができる。

外側のコーティング層７４を、内側のコーティング層７３よりも低融点の物質で形成してもよい。たとえば、内側のコーティング層７３をＰｔで形成し、外側のコーティング層７４をＡｇで形成する。

図８は、本実施の形態において基材の表面に電子導電性を持つ物質で２層にコーティングした粒子であって外側のコーティング層を内側のコーティング層よりも低融点の物質で形成したものが高温に曝された場合の表面状態の変化を示す模式図である。図８において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に高温に曝された時間が長い状態を示す。

Ａｇなどの低融点材料７５を外側表面に均一にコーティングした表面電子導電体１９が高温に曝された場合、図７および図８（ｂ）に示すように、低融点材料７５が凝集し、斑に点在した様相になる場合がある。この凝集体は、より大きな凝集体に集まり、図８（ｃ）に示すように成長していく。一方、Ｐｔなどの高融点材料で形成された内側のコーティング層７３は、基材７１の表面で安定に固定されたままである。

このような凝集は、表面電子導電体１９が互いに接触する界面において、特に促進されると考えられる。したがって、表面電子導電体１９が互いに接触する界面で、低融点材料７５が結合材として作用し、また、電子導電パスとして作用する。これにより、表面電子導電体１９同士の結合が強まるとともに、空気極１３の電気抵抗が小さくなる。

高融点材料および低融点材料の組み合わせとしては、ＰｔおよびＡｇだけではなく、電子導電性を持つ物質であれば他の組み合わせであってもよい。たとえば、高融点材料としてＰｄ、低融点材料としてＡｇを組み合わせてもよい。Ａｕ（高融点材料）とＡｇ（低融点材料）の組み合わせ、Ｒｕ（高融点材料）とＡｇ（低融点材料）の組み合わせ、Ｐｔ（高融点材料７５）とＡｕ（低融点材料）の組み合わせ、Ｐｄ（高融点材料）とＡｕ（低融点材料）の組み合わせ、Ｒｕ（高融点材料）とＡｕ（低融点材料）の組み合わせなどでもよい。積層されるコーティングの層の数は、２層に限定されるものではなく、３層以上でもよい。

このように本実施の形態の固体酸化物電解質形燃料電池では、空気極などの電極の電子導電性を向上させることができる。

［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。上述の各実施の形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例として説明したが、電解質を通過する酸素イオンを介して電気化学反応を起こさせる電気化学セルであればどのようなものにも適用できる。たとえば、高温で水蒸気を電気分解して水素製造を行う高温水蒸気電解法などに用いる電気分解セルにも適用可能である。あるいは、二酸化酸素を分解する電気化学セルにも適用可能である。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第１の実施の形態における空気極の模式図である。 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第１の実施の形態における空気極中の表面に電子導電性を持つ物質がコーティングされた粒子の断面図である。 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第１の実施の形態における単セルの断面図である。 基材の表面に電子導電性を持つ物質がコーティングされた粒子の顕微鏡写真である。 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第２の実施の形態における空気極の模式図である。 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第３の実施の形態における空気極に含有された基材の表面に電子導電性を持つ物質をコーティングした粒子の断面図である。 ＹＳＺを基材としてその表面にＡｇをコーティングした粒子を高温に保持した後の状態を示す顕微鏡写真である。 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第３の実施の形態において基材の表面に電子導電性を持つ物質で２層にコーティングした粒子であって外側のコーティング層を内側のコーティング層よりも低融点の物質で形成したものが高温に曝された場合の表面状態の変化を示す模式図である。

符号の説明

１０…単セル、１１…電解質、１２…燃料極、１３…空気極、１７…表面電子導電体、１８…表面電子導電体、１９…表面電子導電体、７１…基材、７３…コーティング層、７４…コーティング層

Claims (5)

1. 酸素イオン導電性と電子導電性とを備えた燃料極と、
   酸素イオン導電性と電子導電性とを備えた空気極と、
   前記空気極と前記燃料極とで挟まれるように設けられて酸素イオン導電性を持つ固体酸化物を含有する電解質と、
   を有し、
   前記空気極は基材とその表面の全面にコーティングされた電子導電性を持つ物質とを有する表面電子導電体を含有し、
   前記基材は少なくとも前記電解質と同じ材料か、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＮｂＯ_２、ＴｉＢ_２、ＺｒＢ_２、ＭｏＢ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＭｏＳｉ_２、ＳｉＡｌＯＮ、ＣｅＯ_２、またはこれらの混合物、固溶体、金属との混合焼結体のいずれか一つであり、
   前記空気極における前記基材にコーティングされた前記電子導電性を持つ物質は高温酸化雰囲気でも酸化しにくい貴金属あるいは電子導電性セラミックスの少なくともいずれかである、
   ことを特徴とする電気化学セル。
2. 前記表面電子導電体は、前記基材にコーティングされた２以上の層が積層したものであることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
3. 前記表面電子導電体は、第１のコーティング層と、この第１のコーティング層よりも外側でこの第１のコーティング層よりも耐酸化性が高い第２のコーティング層を備えることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
4. 前記表面電子導電体は、第１のコーティング層と、この第１のコーティング層よりも外側でこの第１のコーティング層よりも融点が低い第２のコーティング層を備えることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
5. 前記基材は、酸素イオン導電性を持つ固体酸化物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電気化学セル。