JP5489057B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
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Description
この燃料極は、緻密な固体電解質とその両面に設けられた多孔質の燃料極と空気極で構成され、かつ炭化水素を燃料とした燃料電池セルの燃料極であって、TiO2および希土類添加ジルコニアまたは希土類添加セリアまたは希土類添加セリアと希土類添加ジルコニアの固溶体の多孔体であり、多孔体の固体電解質より遠い改質層は、炭化水素に対し不活性な金属と多孔体との混合体であり、多孔体の固体電解質に近い活性層は、炭化水素に対し活性な金属と多孔体との混合体であり、炭化水素に対し不活性な金属の濃度は固体電解質に近づく程低くなリ、一方炭化水素に対し活性な金属は固体電解質に近づく程高くなるものである。
そして、その目的とするところは、炭化水素燃料に対して、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保し得る固体電解質型燃料電池を提供することにある。
そして、その結果、固体電解質に接して配設される特定の成分を含む活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される特定の成分を含む改質層とを有する燃料極とし、更に燃料極と多孔質支持体とを嵌合させるなどの構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明の他の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体、又は該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第2電子伝導性物質であるニッケルと、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部と該改質層とが嵌合しているか、又は該多孔質支持体の燃料極界面の凹部と該改質層とが嵌合し、かつ、該多孔質支持体の空気極界面の凹部と該空気極とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部におけるニッケル濃度が、該多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高いものである。
更に、本発明の更に他の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び/又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と該改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており及び/又は該多孔質支持体の空気極界面の凹凸部と該空気極の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凸部が該改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び/又は該多孔質支持体の空気極界面の凸部が該空気極と同一の成分を含むものである。
更にまた、本発明の更に他の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び/又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部と該改質層とが嵌合しており及び/又は該多孔質支持体の空気極界面の凹部と該空気極とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部が該改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び/又は該多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面部が該空気極と同一の成分を含むものである。
本形態の固体電解質型燃料電池用燃料極は、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有する。
そして、この活性層は、炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含む。
また、この改質層は、炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む。
ここで、「炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含む活性層」は、「炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとからなる活性層」をも含む意味に解釈しなければならない。また、「炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む改質層」は、「炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとからなる改質層」をも含む意味に解釈しなければならない。
特に、炭素数が2以上である炭化水素燃料に曝された場合であっても、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保し得るものとなる。
このような構成とすることにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
ここで、「第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムを含む固体電解質」は、「第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムからなる固体電解質」をも含む意味に解釈しなければならない。
このような構成とすることにより、改質層において高い酸素イオン伝導度を実現することができ、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有するようになる。
このような構成とすることにより、炭化水素に対する活性がより向上し、より高い発電出力を確保し得るものとなる。
このような構成とすることにより、SDCの特徴を最大限に利用することができる。つまり、SDCは高い酸素イオン伝導度を有する。SDCを改質層に配置することにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、燃料極の炭素析出による劣化を低減することができる。これにより、銅(Cu)などに比べて炭素析出により劣化し易いNiであっても、十分に使用可能になり、Niの活性を最大限に利用することができる。
これにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つ炭化水素に対する活性がより向上し、より高い発電出力を確保し得るものとなる。
図1は、第1の形態に係る固体電解質型燃料電池用燃料極の構成の一例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第1の形態の固体電解質型燃料電池用の燃料極10は、緻密質の固体電解質20に接して配設される多孔質の活性層11と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層12とを有する。
ここで、活性層11は、ニッケル(Ni)と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との混合体からなる。また、改質層12は、ニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)との混合体からなる。
なお、固体電解質20は、YSZからなる。
サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)は、改質層に配置された場合にその特徴を最大限に利用することができる。つまり、SDCは、高い酸素イオン伝導度を有する。SDCを改質層に配置することにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、燃料極の炭素析出による劣化を低減することができる。これにより、銅(Cu)などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル(Ni)であっても、十分に使用可能になり、Niの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にYSZを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
本実施形態の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極とを有する。
そして、この燃料極は、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有する。
また、この活性層は、炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含む。
更に、この改質層は、炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む。
ここで、「炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含む活性層」は、「炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとからなる活性層」をも含む意味に解釈しなければならない。また、「炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む改質層」は、「炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとからなる改質層」をも含む意味に解釈しなければならない。
特に、炭素数が2以上である炭化水素燃料に曝された場合であっても、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保することができる。
このような構成とすることにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
ここで、「第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムを含む固体電解質」は、「第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムからなる固体電解質」をも含む意味に解釈しなければならない。
このような構成とすることにより、改質層において高い酸素イオン伝導度を実現することができ、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有するようになる。
このような構成とすることにより、炭化水素に対する活性がより向上し、より高い発電出力を確保することができる。
このような構成とすることにより、SDCの高い酸素イオン伝導度を最大限に利用でき、銅(Cu)などに比べて炭素析出により劣化し易いNiであっても、十分に使用可能になり、Niの活性を最大限に利用することができる。
これにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つ炭化水素に対する活性がより向上し、より高い発電出力を確保することができる。
このような構成とすることにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
このような多孔質支持体としては、例えば、ニッケル(Ni)、ニッケル−クロム(Ni−Cr)合金、ニッケル−クロム−鉄(Ni−Cr−Fe)合金、ニッケル−クロム−タングステン−モリブデン(Ni−Cr−W−Mo)合金、ニッケル−コバルト(Ni−Co)合金、ニッケル−銅(Ni−Cu)合金及び鉄−クロム−アルミニウム(Fe−Cr−Al)合金からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むものを挙げることができる。
より具体的には、フェライト系やマルテンサイト系のステンレス鋼(SUS)やニッケル(Ni)を挙げることができる。例えばステンレス鋼(SUS)を適用する場合は、耐力が向上するという利点を有している。また、例えばニッケル(Ni)を適用する場合は、改質層などの周囲と熱膨張率を近くすることができるため、膨張収縮による劣化(例えば剥離など。)を低減することができる。また、改質層の第2電子伝導性物質を同じ成分であるニッケル(Ni)とした場合には、多孔質支持体と改質層の間における界面抵抗を低減することができ、より高い発電出力を確保することができる。
例えば銅(Cu)めっき被膜を有する場合には、炭素の析出をより抑制することができ、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有するようになる。特に限定されるものではないが、例えばニッケル(Ni)を多孔質支持体に適用する場合や、白金(Pt)やパラジウム(Pd)のめっき被膜を有する場合には、炭化水素燃料に対する活性を向上させることができ、より高い発電出力を確保することができる。また、特に限定されるものではないが、ステンレス鋼(SUS)を多孔質支持体に適用する場合には強度の向上に効果的である。
図2は、第1の形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の一例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第1の形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質20と、固体電解質20の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極10と、固体電解質20の他方の面に配設された多孔質の中間層40及び多孔質の空気極30とを有する。
そして、この燃料極10は、緻密質の固体電解質20に接して配設される多孔質の活性層11と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層12とを有する。
ここで、活性層11は、ニッケル(Ni)と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との混合体からなる。また、改質層12は、ニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)との混合体からなる。更に、固体電解質20は、YSZからなる。また、空気極30には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム(SSC)などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層40には、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)などを適用できる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅(Cu)などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル(Ni)であっても、十分に使用可能になり、Niの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にYSZを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
図3は、第2の形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第2の形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質20と、固体電解質20の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極10と、固体電解質20の他方の面に配設された多孔質の中間層40及び多孔質の空気極30とを有する。
そして、この燃料極10は、緻密質の固体電解質20に接して配設される多孔質の活性層11と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層12とを有する。
また、第2の形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極10の固体電解質20が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体50(同図(a)参照。)又は空気極30の固体電解質20が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体50(同図(b)参照。)を有する。なお、図示しないが、2つの多孔質支持体が燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。また、図示しないが、多孔質支持体におけるガス流路は、焼結体や発泡体などにランダムに形成された開気孔であっても、緻密質な基体に流路設計されて形成されたメッシュ体などであってもよい。
ここで、活性層11は、ニッケル(Ni)と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との混合体からなる。また、改質層12は、ニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)との混合体からなる。更に、固体電解質20は、YSZからなる。また、空気極30には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム(SSC)などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層40には、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)などを適用することができる。更にまた、多孔質支持体50には、例えば上述したステンレス鋼(SUS)やニッケル(Ni)などの金属製のものを適用することができる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅(Cu)などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル(Ni)であっても、十分に使用可能になり、Niの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にYSZを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。また、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
図4は、第3の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第3の実施形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質20と、固体電解質20の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極10と、固体電解質20の他方の面に配設された多孔質の中間層40及び多孔質の空気極30とを有する。
そして、この燃料極10は、緻密質の固体電解質20に接して配設される多孔質の活性層11と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層12とを有する。
また、第3の実施形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極10の固体電解質20が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体50(同図(a)参照。)又は空気極30の固体電解質20が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体50(同図(b)参照。)を有する。
更に、第3の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体50の燃料極界面の凹凸部と改質層12の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合している(同図(a)参照。)又は多孔質支持体50の空気極界面の凹凸部と空気極30の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合している(同図(b)参照。)。なお、図示しないが、多孔質支持体は燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。また、図示しないが、多孔質支持体におけるガス流路は、焼結体や発泡体などにランダムに形成された開気孔であっても、緻密質な基体に流路設計されて形成されたメッシュ体などであってもよい。
ここで、活性層11は、ニッケル(Ni)と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との混合体からなる。また、改質層12は、ニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)との混合体からなる。更に、固体電解質20は、YSZからなる。また、空気極30には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム(SSC)などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層40には、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)などを適用することができる。更にまた、多孔質支持体50には、例えば上述したステンレス鋼(SUS)やニッケル(Ni)などの金属製のものを適用することができる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅(Cu)などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル(Ni)であっても、十分に使用可能になり、Niの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にYSZを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。更に、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
また、図示するように食い込んだ構成とすることにより、多孔質支持体と改質層や空気極との電気的接続性が向上し、つまり集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
なお、図示するように食い込んだ構成は、例えば、多孔質支持体の表面を凹凸構造に形成し、その後、燃料極や空気極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、凹部に充填するようにして形成することができるが、これに限定されるものではない。
また、例えば、第3の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ステンレス鋼(SUS)の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凸部50aのニッケル濃度を多孔質支持体の他部50bのニッケル濃度より高くした場合について説明する(図4(a)参照。)。
このときは、SUSは、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)よりも耐力が大きいため、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、多孔質支持体と改質層との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。つまり、図示するように食い込んだ構成とすることにより、多孔質支持体と改質層との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、凸部50aのニッケル濃度を他部50bのニッケル濃度より高くすることで、周囲(多孔質支持体の凸部50aと改質層の凸部12aとの間など。)の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化(例えば剥離など。)を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、凸部50aのニッケル濃度を他部50bのニッケル濃度より高くする方法としては、例えば多孔質支持体として組成が傾斜構造であるものや組成が異なる積層構造であるものを適用すること、SUSの多孔質支持体に燃料極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
更に、例えば、第3の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ステンレス鋼(SUS)の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凸部50aが改質層と同一の成分であるニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)とを含む(図4(a)参照。)又は多孔質支持体の空気極界面の凸部50aが空気極と同一の成分を含む(図4(b)参照。)場合について説明する。
このときは、SUSは、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)などよりも耐力が大きいため、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、多孔質支持体と改質層や空気極との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。つまり、図示するように食い込んだ構成とすることにより、多孔質支持体と改質層や空気極との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、SDCを含むため、炭素析出を抑制することができる。なお、銅(Cu)をめっきすることなどにより同様の効果を得ることができる。
更にまた、凸部50aに燃料極や空気極と同一の成分を含ませることで、周囲(多孔質支持体の凸部50aと改質層の凸部12aとの間や多孔質支持体の凸部50aと空気極の凸部30aとの間など。)の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化(例えば剥離など。)を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、図示しないが、2つの多孔質支持体が燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。
また、第3−Bの実施形態の固体電解質型燃料電池においては、ステンレス鋼(SUS)の多孔質支持体に限定されるものではなく、上述した各種の金属製の多孔質支持体を適用することができる。
更に、凸部50aに燃料極や空気極と同一の成分を含ませる方法としては、例えばSUSの多孔質支持体に燃料極や空気極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
更にまた、例えば、第3の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ニッケル(Ni)の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凸部50aが改質層と同一の成分であるニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)とを含む場合について説明する(図4(a)参照。)。
このときは、多孔質支持体と改質層とが共に、Niを含むため、多孔質支持体と改質層との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。
また、SDCを含むため、炭素析出を抑制することができる。なお、銅(Cu)をめっきすることなどにより同様の効果を得ることができる。
更に、周囲(多孔質支持体の凸部50aと改質層の凸部12aとの間など。)の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化(例えば剥離など。)を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、凸部50aにSDCを含ませる方法としては、例えばNiの多孔質支持体にSDC含有スラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
図5は、第4の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第4の実施形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質20と、固体電解質20の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極10と、固体電解質20の他方の面に配設された多孔質の中間層40及び多孔質の空気極30とを有する。
そして、この燃料極10は、緻密質の固体電解質20に接して配設される多孔質の活性層11と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層12とを有する。
また、第4の実施形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極10の固体電解質20が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体50(同図(a)参照。)又は空気極30の固体電解質20が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体50(同図(b)参照。)を有する。
更に、第4の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体50の燃料極界面の凹部と改質層12とが嵌合している(同図(a)参照。)又は多孔質支持体50の空気極界面の凹部と空気極30とが嵌合している(同図(b)参照。)。なお、図示しないが、多孔質支持体は燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。また、図示しないが、多孔質支持体におけるガス流路は、焼結体や発泡体などにランダムに形成された開気孔であっても、緻密質な基体に流路設計されて形成されたメッシュ体などであってもよい。
ここで、活性層11は、ニッケル(Ni)と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との混合体からなる。また、改質層12は、ニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)との混合体からなる。更に、固体電解質20は、YSZからなる。また、空気極30には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム(SSC)などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層40には、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)を適用することができる。更にまた、多孔質支持体50には、例えば上述したステンレス鋼(SUS)やニッケルなどの金属製のものを適用することができる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配設された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅(Cu)などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル(Ni)であっても、十分に使用可能になり、Niの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にYSZを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層や空気極との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
なお、図示するように埋没した構成は、例えば、多孔質支持体の表面に凹構造を形成し、その凹部に、燃料極(改質層のみでもよいし、活性層を含んでいてもよい。)又は空気極をはめ込むようにして形成することができるが、これに限定されるものではない。なお、はめ込む際には、燃料極や空気極に含まれる成分を含ませてもよい。
また、例えば、第4の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ステンレス鋼(SUS)の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部のニッケル濃度を多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高くした場合について説明する(図5(a)参照。)。
ここで、「多孔質支持体の燃料極(又は空気極)界面の凹部の表面部」とは、多孔質支持体と燃料極(又は空気極)との界面からの距離が改質層や空気極の厚みと同程度までの領域を意味する。なお、他部はこの表面部以外の領域を意味する。なお、以下の実施形態において、同様である。
このときは、SUSは、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)よりも耐力が大きいため、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、多孔質支持体と改質層との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。つまり、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、表面部のニッケル濃度を他部のニッケル濃度より高くすることで、周囲(多孔質支持体50と改質層12との間)の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化(例えば剥離など。)を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、表面部のニッケル濃度を他部のニッケル濃度より高くする方法としては、例えば多孔質支持体として組成が傾斜構造であるものや組成が異なる積層構造であるものを適用すること、SUSの多孔質支持体に燃料極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
更に、例えば、第4の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ステンレス鋼(SUS)の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部が改質層と同一の成分であるニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)とを含む(図5(a)参照。)又は多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面部が空気極と同一の成分を含む(図5(b)参照。)場合について説明する。
このときは、SUSは、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)などよりも耐力が大きいため、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、多孔質支持体と改質層や空気極との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。つまり、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、SDCを含むため、炭素析出を抑制することができる。なお、銅(Cu)をめっきすることなどにより同様の効果を得ることができる。
更にまた、周囲(多孔質支持体50と改質層12との間や多孔質支持体50と空気極30との間)の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化(例えば剥離など。)を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、図示しないが、2つの多孔質支持体が燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。
また、第4−Bの実施形態の固体電解質型燃料電池においては、ステンレス鋼(SUS)の多孔質支持体に限定されるものではなく、上述した各種の金属製の多孔質支持体を適用することができる。
更に、表面部に燃料極や空気極と同一の成分を含ませる方法としては、例えばSUSの多孔質支持体に燃料極や空気極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
更にまた、例えば、第4の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ニッケル(Ni)の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部が改質層と同一の成分であるニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)とを含む場合について説明する(図5(a)参照。)。
このときは、多孔質支持体と改質層とが共に、Niを含むため、多孔質支持体と改質層との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。
また、SDCを含むため、炭素析出を抑制することができる。なお、銅(Cu)をめっきすることなどにより同様の効果を得ることができる。
更に、周囲(多孔質支持体50と改質層12との間)の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化(例えば剥離など。)を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、表面部にSDCを含ませる方法としては、例えばNiの多孔質支持体にSDC含有スラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
図6は、第5の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の一例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第5の実施形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質20と、固体電解質20の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極10と、固体電解質20の他方の面に配設された多孔質の中間層40及び多孔質の空気極30とを有する。
そして、この燃料極10は、緻密質の固体電解質20に接して配設される多孔質の活性層11と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層12とを有する。
また、第5の実施形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極10の固体電解質20が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体50及び空気極30の固体電解質20が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体50を有する。
更に、第5の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体50の燃料極界面の凹部と改質層12とが嵌合しており、多孔質支持体50の空気極界面の凹部と空気極30とが嵌合している。
更にまた、第5の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面、多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面、多孔質支持体の燃料ガス又は空気が導入される表面からなる群より選ばれる少なくとも1つの表面に複数の凹部50cを有する。
なお、図示しないが、多孔質支持体におけるガス流路は、焼結体や発泡体などにランダムに形成された開気孔であっても、緻密質な基体に流路設計されて形成されたメッシュ体などであってもよい。
ここで、活性層11は、ニッケル(Ni)と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との混合体からなる。また、改質層12は、ニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)との混合体からなる。更に、固体電解質20は、YSZからなる。また、空気極30には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム(SSC)などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層40には、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)を適用することができる。更にまた、多孔質支持体50には、例えば上述したステンレス鋼(SUS)やニッケルなどの金属製のものを適用することができる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅(Cu)などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル(Ni)であっても、十分に使用可能になり、Niの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にYSZを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層や空気極との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面、多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面、多孔質支持体の燃料ガス又は空気が導入される表面などに複数の凹部を有する構成とすることにより、多孔質支持体の柔軟性が向上し、電極(特に燃料極)と多孔質支持体との間における応力歪みを緩和できる。これにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる
更にまた、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
同図に示すように、第6の実施形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質20と、固体電解質20の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極10と、固体電解質20の他方の面に配設された多孔質の中間層40及び多孔質の空気極30とを有する。
そして、この燃料極10は、緻密質の固体電解質20に接して配設される多孔質の活性層11と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層12とを有する。
また、第6の実施形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極10の固体電解質20が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体50を有する。
更に、第6の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体50の燃料極界面の凹部と改質層12とが嵌合している。
更にまた、第6の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体50の内部に流路50dを有する。
なお、図中矢印で示す方向から燃料ガスが供給される。
ここで、活性層11は、ニッケル(Ni)と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア(YSZ)との混合体からなる。また、改質層12は、ニッケル(Ni)と、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)との混合体からなる。更に、固体電解質20は、YSZからなる。また、空気極30には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム(SSC)などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層40には、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)を適用することができる。更にまた、多孔質支持体50には、例えば上述したステンレス鋼(SUS)やニッケルなどの金属製のものを適用することができる。
また、例えば、同図(b)に示すように、第6の実施形態の固体電解質型燃料電池は、多孔質支持体の燃料ガスが導入される表面に形成された開口部をメッシュ体(若しくは多孔質支持体自体)などにより閉じた流路50dを有する構成とすることができる。
更に、例えば、同図(c)に示すように、第6の実施形態の固体電解質型燃料電池は、多孔質支持体の燃料ガスが導入される表面に形成された開口部をメッシュ体(若しくは多孔質支持体自体)などにより閉じた流路50dを有し、燃料ガス流れに対して下流側であるほど開口部が大きい構成とすることができる。また、同図(c)に示すように、ガス流路を改質層に近づくほど小さくする構成とすることもできる。
更にまた、例えば同図(d)に示すように、第6の実施形態の固体電解質型燃料電池は、多孔質支持体の燃料ガスが導入される表面に形成された開口部をメッシュ体などにより閉じた流路50dを有し、燃料ガス流れに対して下流側であるほど開口部が大きい構成とすることができる。また、ガス流路を改質層に近づくほど小さくする構成とすることもできる。更に、同図(d)に示すように、多孔質支持体50の燃料極界面の流路50dの一部と改質層12の凸部12aとが嵌合している構成とすることもできる。
なお、同図(a)〜(c)に示すように、多孔質支持体の内部の流路50dは、改質層側の開口部がメッシュ体(若しくは多孔質支持体自体)などにより閉じた構成となっているが、これらに限定されるものではない。
また、図示しないが、燃料ガスや生成する水(水蒸気)の排出流路を別途設計して形成することもできる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム(SDC)は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅(Cu)などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル(Ni)であっても、十分に使用可能になり、Niの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にYSZを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、多孔質支持体の内部にガス流路を有する構成とすることにより、ガス拡散抵抗を低減することができる。また、システムの設計上、最適な流路設計をすることにより、燃料ガスの供給をより均一にすることができ、燃料電池における発電を均一化できる。また、燃料ガスの供給を円滑に行うことができる。
例えば、燃料ガスの濃度が高い上流側において、多くの燃料ガスが燃料極に供給されると、改質層における改質が間に合わず、多くの未改質の燃料が活性層に到達し、炭素析出を招く虞がある。一方、燃料ガスの濃度が低い下流側においては、燃料ガスが不足し、発電に寄与しなくなる虞がある。
これらにより、炭化水素燃料に対して、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保することができる。
更にまた、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
なお、空気極側に多孔質支持体を配設する場合にも、このような設計されたガス流路を設けることができる。
イットリウムを添加した酸化ジルコニウム(Zr0.92Y0.08O2)からなる緻密質の固体電解質の一方の面上に、ニッケル(Ni)とZr0.92Y0.08O2とからなり、Ni:Zr0.92Y0.08O2=6:4(重量比)の割合で含む多孔質の活性層を印刷により形成した。次いで、活性層上に、Niとサマリウムを添加した酸化セリウム(Ce0.8Sm0.2O2)とからなり、Ni:Ce0.8Sm0.2O2=6:4(重量比)の割合で含む多孔質の改質層を印刷により形成し、1400℃で焼成して、燃料極を形成した。更に、固体電解質の他方の面上に、Ce0.8Sm0.2O2からなる多孔質の中間層を印刷により形成した。しかる後、中間層上に、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム(Sr0.5Sm0.5CoO3)からなる多孔質の空気極を形成し、1100℃で焼成して、本例の固体電解質型燃料電池を得た。
NiとZr0.92Y0.08O2とをNi:Zr0.92Y0.08O2=6:4(重量比)の割合で含む燃料極を形成したこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返し、本例の固体電解質型燃料電池を得た。なお、燃料極の厚みは実施例1と同じである。
NiとCe0.8Sm0.2O2とをNi:Ce0.8Sm0.2O2=6:4(重量比)の割合で含む燃料極を形成したこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返し、本例の固体電解質型燃料電池を得た。なお、燃料極の厚みは実施例1と同じである。
上記各例の固体電解質型燃料電池を用いて、100mA/cm2の一定電流を流し、下記条件下、24時間発電試験を行い、燃料電池の電圧を測定した。得られた結果を図9に示す。
・反応温度 :600℃
・燃料ガス:炭化水素燃料(プロパン(C3H8))2%、アルゴン(Ar)98%(無加湿)
なお、比較例2の固体電解質型燃料電池は、劣化率が1%であった。
11 活性層
12 改質層
12a 凸部
20 固体電解質
30 空気極
30a 凸部
40 中間層
50 多孔質支持体
50a 凸部
50b 他部
50c 凹部
50d 流路
Claims (12)
- 固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体、又は該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、
上記固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、
上記活性層が、炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、
上記改質層が、炭化水素に活性な第2電子伝導性物質であるニッケルと、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と上記改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しているか、又は上記多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と上記改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合し、かつ、上記多孔質支持体の空気極界面の凹凸部と上記空気極の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凸部のニッケル濃度が、該多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高い、
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体、又は該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、
上記固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、
上記活性層が、炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、
上記改質層が、炭化水素に活性な第2電子伝導性物質であるニッケルと、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部と上記改質層とが嵌合しているか、又は上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部と上記改質層とが嵌合し、かつ、上記多孔質支持体の空気極界面の凹部と上記空気極とが嵌合しており、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部におけるニッケル濃度が、該多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高い、
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び/又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、
上記固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、
上記活性層が、炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、
上記改質層が、炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と上記改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており及び/又は上記多孔質支持体の空気極界面の凹凸部と上記空気極の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凸部が上記改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び/又は上記多孔質支持体の空気極界面の凸部が上記空気極と同一の成分を含む、
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び/又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、
上記固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、
上記活性層が、炭化水素に活性な第1電子伝導性物質と、第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、
上記改質層が、炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部と上記改質層とが嵌合しており及び/又は上記多孔質支持体の空気極界面の凹部と上記空気極とが嵌合しており、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部が上記改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第2電子伝導性物質と、第2希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び/又は上記多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面部が上記空気極と同一の成分を含む、
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 上記固体電解質が、上記活性層の上記第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムと同一の成分である上記第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムを含む、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
- 上記第1希土類元素を添加した酸化ジルコニウムが、第1希土類元素としてイットリウムを添加した酸化ジルコニウムである、ことを特徴とする請求項5に記載の固体電解質型燃料電池。
- 上記第2希土類元素を添加した酸化セリウムが、サマリウム、ガドリニウム、イッテルビウム、イットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム及びスカンジウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の第2希土類元素を添加した酸化セリウムである、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
- 上記炭化水素に活性な第1電子伝導性物質及び/又は上記炭化水素に活性な第2電子伝導性物質が、ニッケル、パラジウム、白金及びルテニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、ことを特徴とする請求項3又は4に記載の固体電解質型燃料電池。
- 上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部と上記改質層とが嵌合している及び/又は上記多孔質支持体の空気極界面の凹部と上記空気極とが嵌合している、ことを特徴とする請求項1又は3に記載の固体電解質型燃料電池。
- 上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面、上記多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面、上記多孔質支持体の燃料ガス又は空気が導入される表面からなる群より選ばれる少なくとも1つの表面に複数の凹部を有する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
- 上記多孔質支持体の内部に燃料ガス又は空気を導入する流路を有する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
- 上記多孔質支持体が、ニッケル、ニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金、ニッケル−クロム−タングステン−モリブデン合金、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−銅合金及び鉄−クロム−アルミニウム合金からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
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