JP6252973B2 - 電極用触媒材料、燃料電池用電極、電極用触媒材料の製造方法、及び燃料電池 - Google Patents
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Description
本願発明は、固体酸化物型燃料電池における電極用触媒材料等に関する。詳しくは、還元率を高めて触媒性能を高めることができる電極用触媒材料、燃料電池用電極、電極用触媒材料の製造方法等に関する。
固体酸化物型燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）は、固体電解質層の両側にアノード電極とカソード電極とを設けた固体電解質−電極積層体を備えて構成される。
上記ＳＯＦＣにおける固体電解質層を構成する材料として、ペロブスカイト型酸化物であるイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺ）、イットリウム添加バリウムセレイト（以下、ＢＣＹという）、イットリウム添加ジルコン酸バリウム（以下、ＢＺＹという）等が知られている。
上記ＳＯＦＣのアノード電極は、通常、固体電解質層を構成する固体酸化物に触媒成分を加えて構成されている。上記触媒成分として、白金等の貴金属を使用できるが、製造コストが増大するという問題がある。上記不都合を回避するため、安価なニッケル（Ｎｉ）を触媒として採用することができる。
ニッケル（Ｎｉ）を電極の触媒として採用する場合、たとえば、固体電解質を構成する粉体材料に、ニッケル酸化物粉体を添加し、所定形状に成形した後、焼結及び還元されて触媒機能を発揮するようになる。このため、還元率が大きいほど、触媒機能が高まると考えられる。
ところが、ＳＯＦＣの電極における従来のニッケル還元率は９０％程度である。このため、本来の触媒機能を十分に発揮しているとはいえない。
本願発明は、上述の問題を解決するために案出されたものであり、触媒の還元率を高めることにより、燃料電池における触媒機能を高めることができる電極用触媒材料を提供することを課題とする。
本願発明は、固体酸化物型燃料電池の電極用触媒材料であって、ニッケル酸化物とコバルト酸化物とを含んで構成されるとともに、ニッケル金属成分とコバルト金属成分の合計質量に対して、上記コバルト金属成分を２〜１５質量％含み、ニッケル酸化物粒子の表面に、酸化コバルト粒子を分散担持させた構造を備えている。
ニッケル酸化物の還元率を高めて、触媒反応に関与するニッケル金属を増加させることにより、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
〔燃料電池用電極におけるＮｉ触媒の還元について〕
燃料電池の電極に配合されたニッケル触媒成分は、燃料電池に組み込まれた初期には、酸化物として存在する。上記ニッケルの触媒機能を発現させて、燃料電池から電力を取り出すには、電極中のニッケル酸化物をニッケル金属に還元する必要がある。このため、燃料電池の電解質−電極積層体を加熱するとともに水素を作用させることにより、初期還元工程が行われる。この初期還元工程におけるニッケル酸化物の還元が十分に行われない場合、燃料電池の性能が低下することから、ニッケル酸化物の還元程度が高いほど、燃料電池の性能が向上すると考えられる。
燃料電池の電極に配合されたニッケル触媒成分は、燃料電池に組み込まれた初期には、酸化物として存在する。上記ニッケルの触媒機能を発現させて、燃料電池から電力を取り出すには、電極中のニッケル酸化物をニッケル金属に還元する必要がある。このため、燃料電池の電解質−電極積層体を加熱するとともに水素を作用させることにより、初期還元工程が行われる。この初期還元工程におけるニッケル酸化物の還元が十分に行われない場合、燃料電池の性能が低下することから、ニッケル酸化物の還元程度が高いほど、燃料電池の性能が向上すると考えられる。
従来、上記初期還元工程において、電極間の電圧を測定したり、燃料ガスの供給量と排気ガス中の水蒸気分圧の変化をモニターすることにより、Ｎｉが十分に還元されているかどうかを検出していた。ところが、これらの手法で計測される還元程度は、水素ガスの濃度や流量等によって変動するため、ニッケルの実際の還元状態を精度よく検出することができなかった。
そこで、本願発明の発明者らは、初期還元工程におけるニッケル酸化物の還元状態を、実際の燃料電池を用いずに、精度高く測定できる手法を開発するとともに、この手法を用いて本願発明を発明するに到った。
〔還元率の測定〕
本実施形態では、Ｘ線吸収微細構造解析（Ｘ−ｒａｙ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｆｉｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：以下、「ＸＡＦＳ」という。）を利用し、燃料電池中の電極の還元雰囲気等を再現した装置によってニッケル酸化物の還元率を求める。なお、還元率は、添加した触媒のニッケル金属成分の質量に対して、還元されたニッケル金属の質量％で示される値である。
本実施形態では、Ｘ線吸収微細構造解析（Ｘ−ｒａｙ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｆｉｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：以下、「ＸＡＦＳ」という。）を利用し、燃料電池中の電極の還元雰囲気等を再現した装置によってニッケル酸化物の還元率を求める。なお、還元率は、添加した触媒のニッケル金属成分の質量に対して、還元されたニッケル金属の質量％で示される値である。
ＸＡＦＳは、Ｘ線照射により、内部電子の励起に起因して得られるスペクトルであり、着目元素ごとの情報を得ることができる。エネルギー範囲及び励起過程の違いにより、ＸＡＮＳ（Ｘ−ｒａｙ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｎｅａｒ Ｅｄｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と、ＥＸＡＦＳ（Ｅｘｔｅｎｅｄ Ｘ−ｒａｙ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｆｉｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に分けられる。ＸＡＮＳは、非占有軌道への励起に起因し、着目元素の価数や配位構造等に依存したスペクトル構造である。一方、ＥＸＡＦＳは、励起電子と近接原子からの散乱電子の相互作用に起因して得られる振動構造であり、フーリエ変換により得られる動径分布関数は、着目元素の局所構造（周囲の原子の種類、原子間距離）に関する情報を含んでいる。特に、ＸＡＦＳは、還元ガス（Ｈ2）を作用させるとともに、加熱雰囲気下における還元状態の変化を測定することができるため、実際の燃料電池を用いることなく、燃料電池の初期還元工程を精度高く再現しながら計測を行うことが可能となった。
〔測定手順の概要〕
以下、本実施形態における還元率の測定手順について説明する。本実施形態では、試料を４００℃に加熱するとともに、Ｈ2ガスを１０％含むＨｅガスの雰囲気下で測定を行う。ニッケル酸化物（ＮｉＯ）を上記条件下で還元する過程における上記ＸＡＮＳのＫ吸収端スペクトルの変化の一例を図１に示す。
以下、本実施形態における還元率の測定手順について説明する。本実施形態では、試料を４００℃に加熱するとともに、Ｈ2ガスを１０％含むＨｅガスの雰囲気下で測定を行う。ニッケル酸化物（ＮｉＯ）を上記条件下で還元する過程における上記ＸＡＮＳのＫ吸収端スペクトルの変化の一例を図１に示す。
図１に示すように、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）を上記手順で還元すると、ＮｉＯのＫ吸収端スペクトルが、還元程度に応じて（あるいは還元操作時間の経過とともに）矢印の方向の形態、すなわち、ニッケル金属のＫ吸収端スペクトルに近づくように変化する。還元初期においては、ＮｉＯのＫ吸収端スペクトルは高く、還元が進行するにつれて（時間が経過するにつれて）、ピークスペクトルが低下することが判る。まず、図１に示すように、ＮｉＯ標準試料（還元前）とＮｉ金属のＫ吸収端スペクトルを計測しておく。
本実施形態では、上記ＮｉＯ標準試料と上記Ｎｉ金属のＫ吸収端スペクトルを組み合わせて、電極材料のＮｉ触媒の還元率をＬＣＦ分析（Ｌｉｎｅａｒ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｆｉｔｔｉｇ）によって求める。
具体的には、図２に示すように、実測した電極材料のニッケル酸化物（ＮｉＯ）のＫ吸収端スペクトルに対して、上記ニッケル酸化物（ＮｉＯ標準試料）と上記Ｎｉ金属のＫ吸収端スペクトルが、還元率に対応した割合で出現すると仮定して、フィッティングを行う。図２の例では、ＮｉＯ標準試料のＫ吸収端スペクトルの４８％と、Ｎｉ金属のＫ吸収端スペクトルの５２％を組み合わせると、上記実測したニッケル酸化物のスペクトルになる。そして、上記Ｎｉ金属のＫ吸収端スペクトルの５２％を還元率と定義する。上記手法を採用することにより、ニッケル酸化物の還元率を数値化して計測することが可能となる。
〔本願発明の実施形態の概要〕
本願発明は、燃料電池の電極用触媒材料であって、ニッケル酸化物とコバルト酸化物とを含んで構成されるとともに、ニッケル金属成分とコバルト金属成分の合計質量に対して、コバルト金属成分を２〜１５質量％含むものである。
本願発明は、燃料電池の電極用触媒材料であって、ニッケル酸化物とコバルト酸化物とを含んで構成されるとともに、ニッケル金属成分とコバルト金属成分の合計質量に対して、コバルト金属成分を２〜１５質量％含むものである。
上述した還元率の測定手法を用いて、コバルト金属成分を添加したニッケル触媒材料の還元率を測定したところ、金属ニッケルのみの場合よりも高い還元率が測定された。すなわち、コバルト金属成分を添加することによりニッケルの還元率が高まり、その分触媒機能が高まって、燃料電池の効率を高めることが可能となる。
上記コバルト金属成分は、コバルト酸化物として添加され、ニッケル酸化物とともに還元される。コバルト金属成分を添加することによりニッケルの還元率が高まる理由は不明であるが、ニッケルが還元される際に、コバルトがニッケルの還元に対して何らかの作用を及ぼす結果、還元率が高まると考えられる。
本実施形態で採用できるニッケル酸化物として、ＮｉＯ、Ｎｉ2Ｏ3等を採用できる。また、コバルト酸化物として、ＣｏＯ、Ｃｏ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4等を採用できる。さらに、ＮｉＣｏ2Ｏ4等のＮｉ−Ｃｏ複合酸化物を採用できる。
上記コバルト金属成分は、ニッケル金属成分とコバルト金属成分の合計質量に対して２〜１５質量％添加することができる。添加量が２質量％未満では、ニッケルの還元率を高めることができない。一方、１５重量％を越えて添加した場合、還元率が低下するのみならず、コバルト原材料のコストが増加するため全体としての製造コストが増加する。還元率を高めるとともに、製造コストへの影響を考慮すると、コバルト金属成分の添加量を５質量％以下にするのがより好ましい。
本実施形態に係る触媒材料は、図４に示すように、ニッケル酸化物粒子の外周部に、コバルト酸化物粒子が分散担持された構造を備える。上記ニッケル酸化物粒子の粒径を０．５〜１０μｍに設定するとともに、コバルト酸化物粒子の粒径を０．１〜５μｍに設定するのが好ましい。
上記構造のＮｉ−Ｃｏ酸化物を採用することにより、Ｎｉの還元率をより高めることができる。上記Ｎｉ−Ｃｏ酸化物は、含浸法によって形成することができる。含浸法によって形成したＮｉ−Ｃｏ酸化物におけるＮｉ酸化物の還元率が高まる理由の詳細は不明であるが、Ｎｉ酸化物とＣｏ酸化物を単に混合したものに比べてこれら酸化物が近接した状態で一体化されるため、Ｃｏ成分のＮｉ成分の還元に対する影響が大きくなるためであると考えられる。
電極を成形できるとともに、所要の還元率を確保するため、上記Ｎｉ−Ｃｏ酸化物を含む触媒材料は、１μｍ〜５０μｍの粒径を備える酸化物複合粒子を５０％以上含んで構成されるものを採用するのが好ましい。粒径が１μｍより小さいと粉砕に要するコストが大きくなる。一方、粒径が５０μｍより大きいと活性点が少なくなり、触媒性能が低下する。また、触媒機能を確保するため、上記粒径の粒子を５０％以上含むものを採用するのが好ましい。
上記電極用触媒材料を、種々の電極材料に用いて電極を構成することができる。通常、燃料電池の固体電解質層に用いた固体電解質と上記電極用触媒材料を混合し、成形及び焼結することにより、燃料電池の電極が形成される。
上記電極を構成する固体電解質として、たとえば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、イットリウム添加バリウムセレイト（ＢＣＹ）と、イットリウム添加ジルコン酸バリウム（ＢＺＹ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、ランタンストロンチウムガリウムマンガネイト（ＬＳＧＭ）等を採用することができる。上記電極用触媒材料は、上記固体電解質材料とともに混練され、成形された後に焼結される。なお、本実施形態に係る電極材料を用いて、アノード電極のみならず、カソード電極を構成できる。
上記触媒材料の機能を発揮させるには、上記触媒材料を還元して、ニッケル金属を生成させる必要がある。このため、水素雰囲気中で４００℃に加熱して還元が行われる。本実施形態では、ニッケル酸化物の還元率を９５％以上に設定するのが好ましい。これにより、電極中にこれまでにない割合のニッケル金属が生成され、触媒性能を高めて燃料電池の効率を高めることが可能となる。
上記電極用触媒材料は、ニッケル金属成分とコバルト金属成分の合計量に対して、コバルト金属成分が２〜１５質量％となるように、ニッケル酸化物にコバルト酸化物を含浸法によって添加する添加工程を含んで製造される。
ニッケル酸化物粒子の表面の一部又は全部に、含浸法を用いてコバルト酸化物粒子を分散担持させるのが好ましい。ニッケル酸化物の表面にコバルト酸化物を分散担持させることにより、ニッケル酸化物の還元率を高めることができる。
ニッケル酸化物を還元する際、コバルト酸化物の代わりに、鉄酸化物を添加することによっても、ニッケル酸化物の還元率が高まることが判明した。
上記鉄酸化物を採用した電極材料は、ニッケル酸化物と鉄酸化物とを含んで構成されるとともに、ニッケル金属成分と鉄金属成分の合計質量に対して、鉄金属成分を２〜１０質量％含んで構成するのが好ましい。
上記鉄金属成分の配合割合が２質量％未満の場合、所要のニッケル還元率を得ることができない。一方、１０質量％を越えて添加した場合、還元率が低下する。
上記鉄酸化物を配合した電極材料は、ニッケル金属成分と鉄金属成分の合計量に対して、鉄金属成分が２〜１０質量％となるように、ニッケル酸化物に鉄酸化物を含浸法によって添加する添加工程を含んで製造することができる。
鉄酸化物を配合した電極用触媒材料も、コバルト酸化物を配合した電極用触媒材料と同様に、種々の固体電解質材料とともに、燃料電池の電極を構成することができる。また、上記電極において、Ｎｉ成分の還元率が９５％以上に設定するのが好ましい。これにより、燃料電池の効率を高めることができる。
〔本願発明の実施形態の詳細〕
以下、実施形態の詳細を説明する。
以下、実施形態の詳細を説明する。
〔含浸法による試料の調整〕
図３に示すように、所定量のＮｉＯ粉末に、Ｃｏ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏと、Ｆｅ（ＮＯ3 ）3・９Ｈ2Ｏとをそれぞれ所定量秤量して、Ｃｏ成分とＦｅ成分を配合した触媒材料を調整する。なお、試料名称の末尾の２桁の数字は、Ｎｉ金属成分とＣｏ金属成分の合計質量に対するＣｏ金属成分の質量％、及びＮｉ金属成分とＦｅ金属成分の合計質量に対するＦｅ金属成分の質量％を示している。
図３に示すように、所定量のＮｉＯ粉末に、Ｃｏ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏと、Ｆｅ（ＮＯ3 ）3・９Ｈ2Ｏとをそれぞれ所定量秤量して、Ｃｏ成分とＦｅ成分を配合した触媒材料を調整する。なお、試料名称の末尾の２桁の数字は、Ｎｉ金属成分とＣｏ金属成分の合計質量に対するＣｏ金属成分の質量％、及びＮｉ金属成分とＦｅ金属成分の合計質量に対するＦｅ金属成分の質量％を示している。
イオン交換により得た純水１５０ｍＬに、ＮｉＯを投入する。室温で１０分間攪拌した後、上記Ｃｏ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏと、Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏとをそれぞれ投入する。純水を足し、全体を３００ｍＬとし、スターラを投入して８０℃以上で加熱しながら攪拌器によりさらに攪拌する。上記溶液から水分が蒸発して５０ｍＬ以下になったら、スターラを取り除き、ガラス棒によって攪拌しながら、さらに水分を蒸発させる。
上記操作により得られた粉末を、るつぼに入れて４００℃まで１時間かけて加熱昇温させ、４００℃で２時間保持した後、冷却する。その後、乳鉢で３０分間粉砕する。
上記操作によって得られた粉体を１２００℃まで６時間かけて加熱昇温させて、１２００℃で６時間保持した後、冷却する。
次に、ボールミルにて、エタノールを加えて１２時間粉砕した後、エタノールを蒸発させる。上記操作によって、コバルト酸化物を添加したニッケル触媒材料、及び鉄酸化物を添加したニッケル触媒材料を得た。
上記各試料は、図４に示すように、ニッケル酸化物粒子の表面に、コバルト酸化物粒子又は鉄酸化物粒子が分散担持された形態を備えている。
〔触媒材料の成形〕
上記操作によって得られた触媒材料にバインダとしてＥＣヒビクル（日進化成株式会社ＥＣヒビクル 試作３−０９７）を添加して１軸圧縮成形し、直径１０ｍｍ厚み１ｍｍの圧粉成形体を得た。
上記操作によって得られた触媒材料にバインダとしてＥＣヒビクル（日進化成株式会社ＥＣヒビクル 試作３−０９７）を添加して１軸圧縮成形し、直径１０ｍｍ厚み１ｍｍの圧粉成形体を得た。
〔ＸＡＦＳ測定装置〕
本実施形態に係る測定装置３は、燃料電池の初期還元工程を再現するため、図５に示すように、水素ガスを上記各試料２に作用させながらヒータ６によって加熱し、還元率を測定する。このため、水素ガスを流動させることができる容器１内に、上記試料２を設置し、この容器ごとＸＡＦＳ測定装置３ａの検出器４，５間に設置して測定を行った。
本実施形態に係る測定装置３は、燃料電池の初期還元工程を再現するため、図５に示すように、水素ガスを上記各試料２に作用させながらヒータ６によって加熱し、還元率を測定する。このため、水素ガスを流動させることができる容器１内に、上記試料２を設置し、この容器ごとＸＡＦＳ測定装置３ａの検出器４，５間に設置して測定を行った。
〔還元率の測定〕
図６に示すように、還元率は、試料２を窒素雰囲気下、所定時間をかけて４００℃まで昇温させ、４００℃の温度下において、水素３％を含むヘリウムガスを流動させ、上述した手法によって、９０秒ごとに測定を行った。測定は、ニッケル酸化物（ＮｉＯ標準試料）と、上記各試料について行い、上述した手法によって各試料におけるＮｉの還元率を求めた。また、添加したコバルト酸化物及び鉄酸化物についても還元率を求め、これら還元率から触媒金属の全質量に対するトータル還元率も求めた。
図６に示すように、還元率は、試料２を窒素雰囲気下、所定時間をかけて４００℃まで昇温させ、４００℃の温度下において、水素３％を含むヘリウムガスを流動させ、上述した手法によって、９０秒ごとに測定を行った。測定は、ニッケル酸化物（ＮｉＯ標準試料）と、上記各試料について行い、上述した手法によって各試料におけるＮｉの還元率を求めた。また、添加したコバルト酸化物及び鉄酸化物についても還元率を求め、これら還元率から触媒金属の全質量に対するトータル還元率も求めた。
〔測定結果〕
図７は、ニッケル酸化物とコバルト酸化物から構成される複合触媒の還元率の経時変化を示すグラフである。図８は、ニッケル酸化物と鉄酸化物から構成される複合触媒の還元率の経時変化を示すグラフである。また、図９に、図７に係るコバルト酸化物の還元率の経時変化を、図１０に、図８に係る鉄酸化物の還元率の経時変化を示す。
図７は、ニッケル酸化物とコバルト酸化物から構成される複合触媒の還元率の経時変化を示すグラフである。図８は、ニッケル酸化物と鉄酸化物から構成される複合触媒の還元率の経時変化を示すグラフである。また、図９に、図７に係るコバルト酸化物の還元率の経時変化を、図１０に、図８に係る鉄酸化物の還元率の経時変化を示す。
図７に示すように、コバルト酸化物を４〜７質量％添加したニッケル酸化物は、数分で９０％を越える高い還元率で還元されることが判る。また、図８に示すように、鉄酸化物を１０質量％以下で添加したニッケル酸化物においても、数分で９０％を越える高い還元率で還元されることが判る。
図９に示すように、上記コバルト酸化物の還元率は、コバルト金属の配合量の多い程高いが、ニッケル酸化物ほどの還元率は得られない。一方、図１０に示すように、鉄酸化物の還元率は、添加量によっては大きな変化はなく、還元率は同様の傾向で変化する。
図１１及び図１２に、ニッケル酸化物について、上記還元操作をおこなった後の還元率の表及び棒グラフを示す。なお、図１１〜図１４に示す還元率は、９００秒後の測定値である。
これらの図から明らかなように、ＮｉＯ標準試料（Ｃｏ添加率が０質量％）の還元率が９２％であるところ、コバルト酸化物を４〜１０％添加して還元した場合、ニッケル酸化物の還元率が１００％となり、従来に比べて高い還元率を得ることができた。なお、コバルト金属成分の添加量が５０質量％程度まで、ＮｉＯ標準試料の還元率を上回っていることが判る。また、ニッケル酸化物とコバルト酸化物を総合したトータル還元率もコバルト金属成分の添加量が５０重量％程度まで、ＮｉＯ標準試料の還元率を上回っている。一方、コバルト金属成分の配合割合が大きくなると、還元率が低下するのみならず、コバルト酸化物がニッケル酸化物より高価であることから製造コストも増加する。このため、コバルト金属成分の配合割合を、２〜１５質量％に設定するのが好ましい。さらに、コバルト金属成分の配合割合を、２〜１０質量％に設定するのがより好ましい。
上記測定結果から、この手法により燃料電池の電極を形成することにより、ニッケル還元率が高まり、導電性等も高まる。このため、燃料電池の効率を高めることが可能となる。
また、触媒の還元率と還元操作時間の関係が判明するため、初期還元工程の所要時間を短縮することも可能となる。
また、触媒の還元率と還元操作時間の関係が判明するため、初期還元工程の所要時間を短縮することも可能となる。
同様に、図１３及び図１４に示すように、鉄金属成分を４〜１０質量％添加したニッケル酸化物においても、ＮｉＯの標準試料（Ｆｅ添加率が０質量％）の還元率に比べて高い還元率を得た。また、トータル還元率も、同様の傾向で変化する。一方、上記ニッケル酸化物の還元率は、鉄金属成分の添加量が１０質量％を越えると大きく低下するため、鉄金属成分の添加量は、２〜１０質量％に設定するのが好ましい。
なお、含浸法を用いず、上記酸化物粉体を単に混合しただけの触媒材料の場合、たとえば、Ｆｅ金属成分を１０質量％添加したＮｉ−Ｆｅ触媒の場合の還元率は５４％、Ｃｏ金属成分を５０質量％添加したＮｉ−Ｃｏ触媒の場合の還元率は８０％であった。
上記電極触媒材料を用いて、燃料電池の電解質−電極積層体が形成される。たとえば、ＹＳＺからなる電解質層を備える電解質−電極積層体を形成する場合、上記電極材料と、ＹＳＺ粉末をボールミルにて粉砕混練後、一軸成形して所要形態の板状成形体を得る。これを１０００℃で仮焼結した後、電解質層を構成するＹＳＺペーストをスクリーン印刷で塗布する。これを７５０℃に加熱して成形用のバインダを除去した後、１０００℃で一体焼結する。その後、空気極を構成するランタンストロンチウムコバルト鉄系材料（ＬＳＦＣ）を積層塗布し、１０００℃で焼成する。空気極集電体としてＰｔメッシュを、燃料極集電体としてニッケル多孔質体を配置し、ＳＯＦＣの電解質層−電極層積層体を得る。この電解質層−電極層積層体を用いて燃料電池を構成し、運転前に上述した初期還元工程が行われる。
上記固体電解質の種類は特に限定されることはなく、電解質層に採用される種々の固体電解質と実施形態に係る触媒材料を用いて電極を形成することができる。
本願発明の範囲は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
触媒の還元率を高めて、効率の高い燃料電池を構成できる。
１ 容器
２ 試料
３ 実施形態に係る試料を装着した容器を設けたＸ線吸収微細構造解析（ＸＡＦＳ）装置
３ａ Ｘ線吸収微細構造解析（ＸＡＦＳ）装置
４ 検出器
５ 検出器
６ ヒータ
２ 試料
３ 実施形態に係る試料を装着した容器を設けたＸ線吸収微細構造解析（ＸＡＦＳ）装置
３ａ Ｘ線吸収微細構造解析（ＸＡＦＳ）装置
４ 検出器
５ 検出器
６ ヒータ
Claims (10)
- 固体酸化物型燃料電池の電極用触媒材料であって、
ニッケル酸化物とコバルト酸化物とを含んで構成されるとともに、
ニッケル金属成分とコバルト金属成分の合計質量に対して、コバルト金属成分を２〜１５質量％含み、
ニッケル酸化物粒子の表面に、酸化コバルト粒子を分散担持させた構造を備える、電極用触媒材料。 - 請求項１に記載された構造を備え、１μｍ〜５０μｍの粒径を備えるＮｉ−Ｃｏ酸化物粒子を５０％以上含んで構成される、電極用触媒材料。
- 請求項１又は請求項２に記載の電極用触媒材料を用いて形成された、燃料電池用電極。
- Ｎｉ成分の還元率が９５％以上である、請求項３に記載の燃料電池用電極。
- ニッケル酸化物とコバルト酸化物とを含んで構成される燃料電池用電極触媒材料の製造方法であって、
コバルト金属成分が、ニッケル金属成分とコバルト金属成分の合計量に対して２〜１５質量％となるように、ニッケル酸化物にコバルト酸化物を含浸法によって添加する添加工程を含む、燃料電池用電極触媒材料の製造方法。 - 燃料電池の電極用触媒材料であって、
ニッケル酸化物と鉄酸化物とを含んで構成されるとともに、
ニッケル金属成分と鉄金属成分の合計質量に対して、鉄金属成分を２〜１０質量％含み、
ニッケル酸化物粒子の表面に、鉄酸化物粒子を分散担持させた構造を備える、電極用触媒材料。 - ニッケル酸化物と鉄酸化物とを含んで構成される燃料電池用電極触媒材料の製造方法であって、
ニッケル金属成分と鉄金属成分の合計量に対して、鉄金属成分が２〜１０質量％となるように、ニッケル酸化物に鉄酸化物を含浸法によって添加する添加工程を含む、燃料電池用電極触媒材料の製造方法。 - 請求項６に記載の電極用触媒材料を用いて形成された、燃料電池用電極。
- Ｎｉ成分の還元率が９５％以上である、請求項８に記載の燃料電池用電極。
- 請求項１、請求項２又は請求項６のいずれか１項に記載の電極用触媒材料を用いて形成された電極を備える、燃料電池。
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