JP5633409B2 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
固体酸化物形燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5633409B2 JP5633409B2 JP2011023448A JP2011023448A JP5633409B2 JP 5633409 B2 JP5633409 B2 JP 5633409B2 JP 2011023448 A JP2011023448 A JP 2011023448A JP 2011023448 A JP2011023448 A JP 2011023448A JP 5633409 B2 JP5633409 B2 JP 5633409B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- solid electrolyte
- electrode layer
- fuel electrode
- sofc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
H2+O2-→H2O+2e- …(1)
CO+O2-→CO2+2e- …(2)
O2+4e-→2O2- …(3)
燃料極層4とインターコネクター2を接続することによって外部へ電気を取り出すことが出来る。
図2の酸素極1から燃料極層4の詳細であるが、高出力化のため、酸素極支持体1と固体電解質層3の間に酸素極中間層1aを燃料極層4を第一の層4a、第二の層4bとしたものが一般的に用いられる。
図2に、本実施例で用いた円筒型SOFCセルの概略を示す。円筒状の空気極支持体1上に
帯状の緻密質耐酸化セラミックス層5と該表面に形成されたインターコネクター2、固体電解質層3、さらに固体電解質層3の上にインターコネクター2と接触しないように燃料極4が設け
られている。また、酸素極支持体1と固体電解質層3の間に酸素極中間層1aを備えている。
酸素極には、La0.75Sr0.25MnO3組成で表されるSrを固溶させたランタンマンガナイトを用
いた。原料粉末は共沈法により作製した。熱処理後の原料粉末の平均粒子径は30μmであ
った。原料粉末を押し出し成形法によって成形し、円筒状酸素極成形体を作製した。
緻密質耐酸化セラミックス層には、空気極と同じくLa0.75Sr0.25MnO3組成で表されるSrを
固溶させたランタンマンガナイトを用いた。原料粉末の平均粒子径は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(ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル)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酸素極成形体上に成膜し、酸素極成形体と共に1500℃で焼成
した。焼成後の酸素極支持体の外径は15mm、厚みは2mmであり、緻密質耐酸化セラミ
ックス層の厚みは50μmであった。
空気側電極反応層には、La0.75Sr0.25MnO3と89mol%(ZrO2)-10mol%(Sc2O3)-1CeO2で表される10Sc1CeSZとからなる材料を用いた。La0.75Sr0.25MnO3と10Sc1CeSZ の重量比率は、La0.75Sr0.25MnO3/10Sc1CeSZ= 50/50とした。
La,Sr,Mn,ZrおよびScの各々の硝酸塩水溶液を、前記組成になるように混合した後、シュ
ウ酸水溶液を加え沈殿を生成させた。該沈殿物と上澄み液を乾燥させ、原料粉末を得た。
熱処理後の原料粉末の平均粒子径は2μmであった。該原料粉末40重量部と溶媒(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(ポリオキシエチレンア
ルキルリン酸エステル)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。このスラリー粘度は100mPasであった。前記ス
ラリーを、空気極支持体(外径15mm、肉厚2mm、有効長500mm)上にスラリーコート法
で成膜し、1350℃で焼成した。焼成後の空気側電極反応層の厚さは20μmであった。なお
、後工程でインターコネクターを成膜する部分についてはマスキングを施し、膜が塗布さ
れないようにしておいた。
電解質材料には、89mol%(ZrO2)-10mol%(Sc2O3)-1CeO2で表される10Sc1CeSZとからなる第一稀元素製の材料を用いた。該原料粉末40重量部を溶媒(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(ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル)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。このスラリー粘度は100mPasであった。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。焼成後の電解質の厚さは
30μmであった。なお、後工程でインターコネクターを成膜する部分についてはマスキン
グを施し、膜が塗布されないようにしておいた。
(5-1) Caを固溶させたランタンクロマイト(LCC)原料粉末の作製
LCCの組成はLa0.7Ca0.3CrO3とした。LCC原料粉末は噴霧熱分解法により作製した。熱処理後の原料粉末の平均粒子径は1μmであった。
(5-2)
LCC原料粉末を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(ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル)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。この
スラリー粘度は100mPasであった。スラリーコート法によりインターコネクターを成膜し
、1400℃で焼成した。焼成後のインターコネクターの厚さは20μmであった。
NiO(1μm)60wt%と前記La0.7Ca0.3CrO3組成原料40wt%になるように調合し、平均粒子径2μmの原料粉末を得た。前記原料粉末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)10重量部、分散剤(ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル)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(DBP)5重量部を混合した後、十分攪拌してスラリーを調整した。このスラリーの粘度は150mPasであった。.燃料極層の面積が180cm2になるようにセルへマスキングをし、スラリーコート法により固体電解質膜上へ成膜した。このとき、インターコネクター部分にはマスキングを施し、膜が塗布されないようにしている。1400℃で焼成後の厚さは50μmであった。
燃料極層は、NiOと90mol%ZrO2-10mol%Y2O3とからなる材料とした。NiOと90mol%ZrO2-10mol%Y2O3との重量比率は、NiO/10YSZ=60/40とした。N
i,ZrおよびY各々の硝酸塩水溶液を用いて、前記組成になるように混合し、シュウ酸水溶
液を加え沈殿を生成させた。該沈殿物と上澄み液を乾燥させ、さらに熱処理を施し、原料粉末を得た。前記原料粉末100重量部に対して、CaO(1μm)粉末を5重量部添加し、燃料極層を形成したこと以外は実施例1と同様とした。
CaO(1μm)粉末を添加しないこと以外は、実施例2と同様とした。
燃料極層をNiOと89mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-1molCeO2とからなる材料としたこと以外は実施例2と同様にした。
燃料極層をNiOと90mol%CeO2-10mol%Gd2O3とからなる材料としたこと以外は実施例2と同様にした。
実施例1,2および比較例1〜3で作製したSOFCについて、発電試験を実施した。発電条件は以下のとおりである。
〔1〕燃料:70H2+30%H2O
〔2〕酸化剤:Air
〔3〕発電温度:900℃
〔4〕電流密度:0.2Acm-2
〔5〕燃料利用率:75%
〔6〕運転時間:1000時間
試験後のSOFCを取り出し、SOFCを切断し図2の詳細図に示す断面に対して、EPMAでSi分布を観察した。ラマン分光法で固体電解質層3と燃料極層4の界面近傍を分析し結晶相を確認した。ラマン分光については初期状態の分析も行った。
加速電圧:15kV、照射電流:50nA、計測時間:15ms、ビームサイズ:1μm、分析X線・分光結晶:SiKα(7.1226Å)
(実施例3)
第一の層の組成をNiO(1μm)30wt%と前記La0.7Ca0.3CrO3組成原料70wt%になるように調合し、平均粒子径0.5μmの原料粉末を得た。前記原料粉末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)5重量部、分散剤(ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル)4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(DBP)5重量部を混合した後、十分攪拌してスラリーを調整した。このスラリーの粘度は80mPasであった。.燃料極層の面積が180cm2になるようにセルへマスキングをし、スラリーコート法により固体電解質膜上へ成膜した。第二の層の組成をNiO(1μm)60wt%と前記a0.7Ca0.3CrO3組成原料40wt%になるように調合し、平均粒子径2μmとし、実施例1と同じスラリーで第一の層の表面に成膜した。このとき、インターコネクター部分にはマスキングを施し、膜が塗布されないようにしている。1400℃で焼成し、第一の層の厚みを10μm、第二の層の厚みを50μmとした。
第一の層の組成をNiO(1μm)60wt%と前記La0.7Ca0.3CrO3組成原料40wt%になるように調合し、平均粒子径0.5μmの原料粉末としたこと以外は実施例3と同様にした。
第一の層の組成を、NiOと90mol%ZrO2-10mol%Y2O3との重量比率(NiO/10YSZ)が30/70となるよう調合したこと、及びその平均粒径を0.5μmとしたこと以外は実施例3と同様にした。
第一の層の組成を、NiOと89mol%ZrO2-10mol%Sc2O3-1molCeO2としたこと以外は実施例5と同様にした。
第一の層の組成を、NiOと90mol%CeO2-10mol%Gd2O3としたこと以外は実施例5と同様にした。
第一の層の組成を、NiOと90mol%ZrO2-10mol%Y2O3との重量比率(NiO/10YSZ)が40/60となるよう調合したこと、その平均粒径を0.5μmとしたこと、及び第二の層の組成をNiO/10YSZ=60/40としたこと以外は実施例5と同様にした。
実施例1、3〜7および比較例4で作製したSOFCについて、発電試験を実施した。発電条件は以下のとおりである。
〔1〕燃料:70H2+30%H2O
〔2〕酸化剤:Air
〔3〕発電温度:900℃
〔4〕電流密度:0.2Acm-2
〔5〕燃料利用率:75%
〔6〕運転時間:1000時間
試験後のSOFCを取り出し、SOFCを切断し図2の詳細図に示す断面に対して、EPMAでSi分布を観察した。ラマン分光法で固体電解質層3と燃料極層4の界面近傍を分析し結晶相を確認した。ラマン分光については初期状態の分析も行った。
実施例3,4におけるSOFCを取りだし、SOFCを切断し図2の詳細図に示す断面を観察できるよう樹脂包埋および研磨をした。前記研磨したサンプルをカーボン蒸着しEPMAで分析を行った。分析条件機器および測定条件は、前記と同様とした。同方法でNi含有量を測定した。
(実施例8)
第一の層の組成を、NiOと90mol%ZrO2-10mol%Y2O3との重量比率(NiO/10YSZ)が30/70となるよう調合したこと、及びその平均粒径を4μmとしたこと以外は実施例3と同様にした。
実施例5,8で作製したSOFCについて、発電試験を実施した。発電条件は以下のとおりである。
〔1〕燃料:70H2+30%H2O
〔2〕酸化剤:Air
〔3〕発電温度:900℃
〔4〕電流密度:0.2Acm-2
〔5〕燃料利用率:75%
〔6〕運転時間:50時間
2 インターコネクター
3 固体電解質層
4 燃料極層
4a 第一の層
4b 第二の層
5 緻密質耐酸化セラミックス層
6 Si
Claims (5)
- 安定化ジルコニア材料からなる固体電解質層の一方の面に酸素極層、他方の面に燃料極層を設けてなる固体酸化物形燃料電池において、前記燃料極層は、少なくとも一部が、CaをドープされたランタンクロマイトとNiとのサーメットであることを特徴とする、固体酸化物形燃料電池。
- 前記燃料極層は、前記固体電解質層側に形成された第一の層と、他方側に形成された第二の層とからなり、前記第二の層におけるNiの含有比率は、前記第一の層におけるNiの含有比率よりも多いことを特徴とする、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記燃料極層は、前記固体電解質層側に形成された第一の層と、他方側に形成された第二の層とからなり、前記第一の層における平均気孔径は、前記第二の層における平均気孔径よりも小さいことを特徴とする、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記第一の層は、安定化ジルコニア又はドープされたセリアと、Niとのサーメットからなり、前記第二の層は、CaをドープされたランタンクロマイトとNiとのサーメットからなることを特徴とする、請求項2または3に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記第一の層は、前記第二の層よりも薄く形成されていることを特徴とする、請求項2〜4のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011023448A JP5633409B2 (ja) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | 固体酸化物形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011023448A JP5633409B2 (ja) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | 固体酸化物形燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012164500A JP2012164500A (ja) | 2012-08-30 |
JP5633409B2 true JP5633409B2 (ja) | 2014-12-03 |
Family
ID=46843706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011023448A Active JP5633409B2 (ja) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | 固体酸化物形燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5633409B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7349846B2 (ja) * | 2019-08-26 | 2023-09-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 電気化学セル、電気化学反応セルスタック |
JP7349847B2 (ja) * | 2019-08-26 | 2023-09-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 電気化学セル、電気化学反応セルスタック |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0778620A (ja) * | 1993-09-10 | 1995-03-20 | Osaka Gas Co Ltd | 固体電解質燃料電池のガスのシール構造 |
JP2003288912A (ja) * | 2002-03-27 | 2003-10-10 | Toto Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
-
2011
- 2011-02-07 JP JP2011023448A patent/JP5633409B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012164500A (ja) | 2012-08-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6601488B2 (ja) | プロトン伝導体、燃料電池用固体電解質層、セル構造体およびそれを備える燃料電池 | |
EP2748884B1 (en) | Solid oxide fuel cell with composite anode with improved mechanical integrity and increased efficiency | |
Chen et al. | Performance enhancement of Ni-YSZ electrode by impregnation of Mo0. 1Ce0. 9O2+ δ | |
US8518605B2 (en) | Ceramic material combination for an anode of a high-temperature fuel cell | |
JP5591526B2 (ja) | 固体酸化物セル及び固体酸化物セルスタック | |
EP2903067A1 (en) | Half cell for solid oxide fuel cells, and solid oxide fuel cell | |
US9666891B2 (en) | Gas phase modification of solid oxide fuel cells | |
JP4928642B1 (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
JP2009152014A (ja) | 固体酸化物型電池 | |
KR20130123189A (ko) | 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 및 그 제조방법과 이를 포함한 고체산화물 연료전지 | |
JP5389378B2 (ja) | 複合セラミック電解質構造、その製造方法及び関連物品 | |
Zhang et al. | Material design and performance of carbon monoxide‐fueled solid oxide fuel cells: A review | |
Tao et al. | Optimisation and evaluation of La0. 6Sr0. 4CoO3–δ cathode for intermediate temperature solid oxide fuel cells | |
JP5633409B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
DK2669984T3 (en) | Layered anode system for electrochemical applications and processes for their preparation | |
JP5116221B2 (ja) | 酸化銅粒子を含有する電極材料及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池の燃料極の製造方法 | |
JP5596594B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池セルの燃料極材料,燃料極,固体酸化物形燃料電池セル,および燃料極材料の製造方法 | |
KR20170025163A (ko) | 평판형 고체산화물 연료전지 및 이를 포함하는 전지모듈 | |
KR20100108955A (ko) | 고체산화물 연료전지용 공기극 물질 및 그 제조방법 | |
JP5270807B1 (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
JP6808010B2 (ja) | 電気化学セル | |
JP2004303713A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
WO2023195245A1 (ja) | 電気化学セル | |
Sahu et al. | Fabrication and Performance of Micro-Tubular Solid Oxide Cells. Energies 2022, 15, 3536 | |
Möller et al. | Long-Term Degradation and Poisoning Effects of Ni-YSZ| YSZ| GDC| PSC in Electrolysis Mode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140114 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140514 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140519 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140711 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140916 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140929 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5633409 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |