JP6512293B2 - 固体酸化物燃料電池の電極スラリー、固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシート、固体酸化物燃料電池の電極、固体酸化物燃料電池、及び固体酸化物燃料電池の電極の製造方法 - Google Patents
固体酸化物燃料電池の電極スラリー、固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシート、固体酸化物燃料電池の電極、固体酸化物燃料電池、及び固体酸化物燃料電池の電極の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6512293B2 JP6512293B2 JP2017527840A JP2017527840A JP6512293B2 JP 6512293 B2 JP6512293 B2 JP 6512293B2 JP 2017527840 A JP2017527840 A JP 2017527840A JP 2017527840 A JP2017527840 A JP 2017527840A JP 6512293 B2 JP6512293 B2 JP 6512293B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- fuel cell
- solid oxide
- oxide fuel
- slurry
- 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
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 123
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 84
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 title claims description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 claims description 34
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 34
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 28
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 25
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 15
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 11
- 239000008394 flocculating agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 claims description 3
- 235000021122 unsaturated fatty acids Nutrition 0.000 claims description 3
- 150000004670 unsaturated fatty acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims 2
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 21
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 9
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 5
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IRIAEXORFWYRCZ-UHFFFAOYSA-N Butylbenzyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC1=CC=CC=C1 IRIAEXORFWYRCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 3
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 3
- OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCO OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethyl acetate Chemical compound CCCCOCCOCCOC(C)=O VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004803 Di-2ethylhexylphthalate Substances 0.000 description 2
- ZVFDTKUVRCTHQE-UHFFFAOYSA-N Diisodecyl phthalate Chemical compound CC(C)CCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC(C)C ZVFDTKUVRCTHQE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MGYPLPRYNYINRY-UHFFFAOYSA-N [Cu]=O.[Sr].[La] Chemical compound [Cu]=O.[Sr].[La] MGYPLPRYNYINRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCZPLOPQBJXLFF-UHFFFAOYSA-N [Ni].[Ca].[La] Chemical compound [Ni].[Ca].[La] UCZPLOPQBJXLFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FZJJTYLFARYPAT-UHFFFAOYSA-N [Ni].[Sr].[La] Chemical compound [Ni].[Sr].[La] FZJJTYLFARYPAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YMVZSICZWDQCMV-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Mn+2].[Sr+2].[La+3] Chemical compound [O-2].[Mn+2].[Sr+2].[La+3] YMVZSICZWDQCMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PACGUUNWTMTWCF-UHFFFAOYSA-N [Sr].[La] Chemical compound [Sr].[La] PACGUUNWTMTWCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 2
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N butyl acetate Chemical compound CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 description 2
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 229910021526 gadolinium-doped ceria Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 2
- 229910003099 (Y2O3)x(ZrO2)1−x Inorganic materials 0.000 description 1
- LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 1,2-diethoxyethane Chemical compound CCOCCOCC LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OVSKIKFHRZPJSS-UHFFFAOYSA-N 2,4-D Chemical compound OC(=O)COC1=CC=C(Cl)C=C1Cl OVSKIKFHRZPJSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000968352 Scandia <hydrozoan> Species 0.000 description 1
- JZMOMQOPNXIJMG-UHFFFAOYSA-N [Co].[Sr].[Ba] Chemical compound [Co].[Sr].[Ba] JZMOMQOPNXIJMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QBYHSJRFOXINMH-UHFFFAOYSA-N [Co].[Sr].[La] Chemical compound [Co].[Sr].[La] QBYHSJRFOXINMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HHWBWNRYGPXTSW-UHFFFAOYSA-N [Co]=O.[Sr].[Gd] Chemical compound [Co]=O.[Sr].[Gd] HHWBWNRYGPXTSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQKOQEWPYHIUMN-UHFFFAOYSA-N [Sr].[Co]=O.[Sm] Chemical compound [Sr].[Co]=O.[Sm] OQKOQEWPYHIUMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UNPDDPPIJHUKSG-UHFFFAOYSA-N [Sr].[Sm] Chemical compound [Sr].[Sm] UNPDDPPIJHUKSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);scandium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sc+3].[Sc+3] HJGMWXTVGKLUAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
- H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8636—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells with a gradient in another property than porosity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8875—Methods for shaping the electrode into free-standing bodies, like sheets, films or grids, e.g. moulding, hot-pressing, casting without support, extrusion without support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
- H01M4/8885—Sintering or firing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
- H01M4/9025—Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9041—Metals or alloys
- H01M4/905—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9041—Metals or alloys
- H01M4/905—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
- H01M4/9058—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC of noble metals or noble-metal based alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
- H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は２０１５年０９月１８日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１５−０１３２３８５号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
本明細書は、固体酸化物燃料電池の電極スラリー、固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシート、固体酸化物燃料電池の電極、固体酸化物燃料電池、及び固体酸化物燃料電池の電極の製造方法に関する。
最近、石油や石炭のような既存のエネルギー資源の枯渇が予測されるにつれて、これらを代替可能なエネルギーに対する関心が高まっている。このような代替エネルギーの一つとして、燃料電池は、高効率であってＮＯｘ及びＳＯｘ等の公害物質を排出せず、用いられる燃料が豊富である等の長所から特に注目されている。
燃料電池は燃料と酸化剤の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させる発電システムであって、燃料としては水素とメタノール、ブタン等のような炭化水素が、酸化剤としては酸素が代表的に用いられる。
燃料電池には、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）等がある。
図１は、固体酸化物型燃料電池の電気発生原理を概略的に示すものであり、固体酸化物型燃料電池は、電解質層（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）と、該電解質層の両面に形成される燃料極（Ａｎｏｄｅ）及び空気極（Ｃａｔｈｏｄｅ）で構成される。固体酸化物型燃料電池の電気発生原理を示す図１を参照すれば、空気極において空気が電気化学的に還元されて酸素イオンが生成され、生成された酸素イオンは電解質層を介して燃料極に伝達される。燃料極においては、水素、メタノール、ブタン等のような燃料が注入され、燃料が酸素イオンと結合して電気化学的に酸化されて、電子を出し、水を生成する。このような反応により、外部回路に電子の移動が発生する。
本明細書は、固体酸化物燃料電池の電極スラリー、固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシート、固体酸化物燃料電池の電極、固体酸化物燃料電池、及び固体酸化物燃料電池の電極の製造方法を提供する。
本明細書は、酸素イオン伝導性無機物粒子、気孔形成剤、制御性凝集剤（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）及び溶媒を含む固体酸化物燃料電池の電極スラリーを提供する。
また、本明細書は、前記電極スラリーを用いて製造された固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを提供する。
また、本明細書は、前記電極スラリーを用いて製造された固体酸化物燃料電池の電極を提供する。
なお、本明細書は、燃料極、電解質層及び空気極が順次備えられた固体酸化物燃料電池であって、前記燃料極及び空気極のうち少なくとも一つは前記電極を含む固体酸化物燃料電池を提供する。
また、本明細書は、燃料極、電解質層及び空気極が順次備えられた固体酸化物燃料電池であって、前記燃料極は前記電極を含む固体酸化物燃料電池を提供する。
なお、本明細書は、酸素イオン伝導性無機物粒子、気孔形成剤、制御性凝集剤（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）及び溶媒を含む固体酸化物燃料電池の電極スラリーを用いて固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを形成するステップ、及び前記固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを焼結して電極を製造するステップを含む固体酸化物燃料電池の電極の製造方法を提供する。
本明細書により製造された固体酸化物燃料電池の電極は、三相界面（ＴＰＢ、Ｔｒｉｐｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｕｎｄａｒｙ）が増加するという長所がある。
本明細書により製造された固体酸化物燃料電池の電極が備えられた電池は、セルの性能が向上するという効果がある。
本明細書の電極スラリーは、無機物粒子の分散安定性が高いという長所がある。
以下では本明細書について詳細に説明する。
本明細書は、酸素イオン伝導性無機物粒子、気孔形成剤、制御性凝集剤（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）及び溶媒を含む固体酸化物燃料電池の電極スラリーを提供する。
前記酸素イオン伝導性無機物粒子は、６００℃で０．０１Ｓ／ｃｍ以上の酸素イオン伝導度を有することができる。前記第１無機物粒子の酸素イオン伝導度は高ければ高いほど良いため、前記酸素イオン伝導度の上限値は特に限定されない。
前記酸素イオン伝導性無機物粒子は特に限定されないが、イッテリア（ｙｔｔｒｉａ）安定化ジルコニア（ｚｉｒｃｏｎｉａ）（ＹＳＺ：（Ｙ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ２）１−ｘ、ｘ＝０．０５〜０．１５）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ：（Ｓｃ２Ｏ３）ｘ（ＺｒＯ２）１−ｘ、ｘ＝０．０５〜０．１５）、サマリウムドープセリア（ｃｅｒｉａ）（ＳＤＣ：（Ｓｍ２Ｏ３）ｘ（ＣｅＯ２）１−ｘ、ｘ＝０．０２〜０．４）、ガドリニウムドープセリア（ｃｅｒｉａ）（ＧＤＣ：（Ｇｄ２Ｏ３）ｘ（ＣｅＯ２）１−ｘ、ｘ＝０．０２〜０．４）、ランタンストロンチウムマンガン酸化物（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｏｘｉｄｅ：ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムコバルトフェライト（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｃｏｂａｌｔ ｆｅｒｒｉｔｅ：ＬＳＣＦ）、ランタンストロンチウムニッケルフェライト（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｎｉｃｋｅｌ ｆｅｒｒｉｔｅ：ＬＳＮＦ）、ランタンカルシウムニッケルフェライト（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｃａｌｃｉｕｍ ｎｉｃｋｅｌ ｆｅｒｒｉｔｅ：ＬＣＮＦ）、ランタンストロンチウム銅酸化物（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｃｏｐｐｅｒ ｏｘｉｄｅ：ＬＳＣ）、ガドリニウムストロンチウムコバルト酸化物（Ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｃｏｂａｌｔ ｏｘｉｄｅ：ＧＳＣ）、ランタンストロンチウムフェライト（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｆｅｒｒｉｔｅ：ＬＳＦ）、サマリウムストロンチウムコバルト酸化物（Ｓａｍａｒｉｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｃｏｂａｌｔ ｏｘｉｄｅ：ＳＳＣ）、バリウムストロンチウムコバルトフェライト（Ｂａｒｉｕｍ Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｃｏｂａｌｔ ｆｅｒｒｉｔｅ：ＢＳＣＦ）及びランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｉｄｅ：ＬＳＧＭ）のうち少なくとも一つを含むことができる。
前記電極スラリーの総重量を基準に、前記酸素イオン伝導性無機物粒子の含量は１０重量％以上７０重量％以下であってもよい。
前記気孔形成剤は焼結された電極に気孔を形成するものであれば特に限定されず、例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ；ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ジエチルグリコール、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）及びトリエチルグリコールのうち少なくとも一つを含むことができる。
前記気孔形成剤は、焼結された電極に気孔を形成することができるように焼結温度で除去されることができ、目標とした気孔大きさを有することができる。前記気孔形成剤の大きさは０．０１μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。
前記電極スラリーの総重量を基準に、前記気孔形成剤の含量は１重量％以上２０重量％以下であってもよい。この場合、有効気孔を極大化できるという長所がある。
前記制御性凝集剤は酸素イオン伝導性無機物粒子の間に架橋を形成する架橋性凝集剤を意味し、前記制御性凝集剤は無機物粒子と橋状結合により調節される軟性沈殿物として凝集される。これは、凝集された軟性沈殿物は化学的水素結合、配位結合またはファン・デル・ワールス結合により結合されている。
前記制御性凝集剤は無機物粒子間の架橋（ｂｒｉｄｇｅ）を形成し、全体溶媒に空間がある（ａｉｒｙ）３次元構造を形成する。前記制御性凝集剤を電極スラリーに添加することにより、酸素イオン伝導性無機物粒子及び金属または金属酸化物粒子等の無機物粒子を可逆的で弱い凝集体に凝集させる。前記制御性凝集体は必要により再分散することができ、無機物粒子のみで凝集されて無機物粒子自体の大きさが増加するのを防止し、全体溶媒に３次元構造を形成することによって電極スラリー内の無機物粒子を均一に分布させることができる。また、前記制御性凝集剤は、無機物粒子間の架橋（ｂｒｉｄｇｅ）を形成しつつ空間がある３次元構造を形成するため、凝集剤自身の体積より大きい空間を凝集剤が占めるようになり、それにより電極スラリーを焼結して無機物粒子間に存在していた凝集剤が除去されれば、電極内に凝集剤に起因した大きさが大きい気孔が形成される。
前記制御性凝集剤は有機凝集剤であってもよく、例えば、前記制御性凝集剤はポリカルボン酸塩、ポリアミン塩、不飽和脂肪酸のアルキロアンモニウム塩及び低分子量の不飽和ポリカルボン酸ポリエステルのうち少なくとも一つを含むことができる。
前記酸素イオン伝導性無機物粒子、後述する金属または金属酸化物及び前記気孔形成剤の総重量を基準に、前記制御性凝集剤の含量は１重量％以上２０重量％以下であってもよい。言い換えれば、前記制御性凝集剤の含量は、前記酸素イオン伝導性無機物粒子、後述する金属または金属酸化物及び前記気孔形成剤の総重量の１重量％以上２０重量％以下であってもよい。この場合、高い電気伝導度と有効な気孔度を得ることができるという長所がある。
前記電極スラリーの総重量を基準に、前記制御性凝集剤の含量は１重量％以上２０重量％以下であってもよい。
従来の分散剤の代わりに制御性凝集剤を追加する場合、スラリー内の固形分を均一に分散させ、且つ、焼結時に気孔形成剤により形成される気孔が安定的に形成されるように助力して有効な気孔度が増加するという長所がある。
有効な気孔度を得るために、気孔形成剤の大きさを調節するには限界があり、気孔形成剤の大きさが大きすぎると相対的に三相界面の割合が減るためである。
しかし、本明細書の場合、添加された制御性凝集剤が分散剤の役割をし、且つ、気孔形成剤のみで形成できる気孔よりさらに多い気孔を形成することができるように助力するため、気孔形成剤の含量に対比して電極において気孔を形成する割合が増加するという長所がある。
前記溶媒は、無機物粒子を分散させ、膜またはグリーンシートから除去し易い物質であれば特に制限されず、当技術分野で周知の通常の材料を用いることができる。例えば、前記溶媒は、水、イソプロパノール（ｉｓｏ ｐｒｏｐａｎｏｌ）、トルエン、エタノール、ｎ−プロパノール、ｎ−ブチルアセテート、エチレングリコール、ブチルカルビトール（ＢＣ）及びブチルカルビトールアセテート（ＢＣＡ）の中から選択された少なくとも一つを含むことができる。
前記電極スラリーの総重量を基準に、前記溶媒の含量は５重量％以上６０重量％以下であってもよい。この場合、塗布が可能な粘度を維持できるという長所がある。
前記電極スラリーは、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｒｕ、Ｃｏ及びＰｔのうち少なくとも一つを含む金属または金属酸化物粒子をさらに含むことができる。好ましくは、前記電極スラリーはＮｉまたはＮｉＯをさらに含むことができる。
前記電極スラリーの総重量を基準に、前記金属または金属酸化物粒子の含量は１０重量％以上８０重量％以下であってもよい。
前記電極スラリーは可塑剤、バインダー樹脂及び消泡剤をさらに含むことができる。
前記可塑剤、バインダー樹脂及び消泡剤は特に限定されず、当技術分野で周知の通常の材料を用いることができる。
前記可塑剤は、常用製品であるＤＢＰ（Ｄｉ−ｂｕｔｙｌ−ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＤＯＰ（Ｄｉ−２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＤＩＮＰ（Ｄｉ−ｉｓｏｎｏｎｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＤＩＤＰ（Ｄｉ−ｉｓｏｄｅｃｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）及びＢＢＰ（Ｂｕｔｙｌ ｂｅｎｚｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）のうち少なくとも一つであってもよい。
前記電極スラリーの総重量を基準に、前記バインダー樹脂の含量は１重量％以上２０重量％以下であってもよい。
前記電極スラリーの総重量を基準に、前記消泡剤の含量は各々０．１重量％以上５重量％以下であってもよい。
前記電極スラリーの総重量を基準に、前記可塑剤の含量は各々０．５重量％以上２重量％以下であってもよい。
本明細書は、前記電極スラリーを用いて製造された固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを提供する。
本明細書において、前記グリーンシートは、完全な最終製品ではなく、次のステップで加工ができる状態のフィルム形態の膜を意味する。言い換えれば、前記グリーンシートは無機物粒子及び溶媒を含むコーティング組成物で塗布してシート形態に乾燥させたものであり、前記グリーンシートは若干の溶媒を含めてシート形態を維持できる半乾燥状態のシートをいう。
前記グリーンシートを製造する方法は特に限定されないが、テープキャスティング法により製造されることができる。
前記グリーンシートの厚さは製造する電極の厚さに応じて決定される。電極は前記グリーンシートを焼結して無機物粒子を除いた他の組成が除去されるため、グリーンシートの厚さは目標とする電極の厚さより厚いことが好ましい。
前記グリーンシートの厚さは特に限定されないが、目標とする電極が厚さの厚い燃料極支持体である場合、前記グリーンシートの厚さは３５０μｍ以上１０００μｍ以下であってもよく、目標とする電極が支持体ではなく燃料極または燃料極機能性層である場合、前記グリーンシートの厚さは１０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。
本明細書は、前記電極スラリーを用いて製造された固体酸化物燃料電池の電極を提供する。
前記電極の気孔度は２０％以上５０％以下であってもよい。この場合、三相界面（ＴＰＢ、Ｔｒｉｐｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｕｎｄａｒｙ）が増加して電池セルの性能が向上するという効果がある。
前記電極の気孔大きさは０．１μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。
下記式１による気孔形成剤の気孔形成率は０．７以上であってもよい。
［式１］
前記式１において、Ａは無機物及び気孔形成剤の体積の和を基準とした前記気孔形成剤の含量（体積％）であり、Ｂは電極の気孔度（％）である。
［式１］
この時、スラリーに金属または金属酸化物が添加される場合、前記無機物は酸素イオン伝導性無機物粒子及び金属または金属酸化物であってもよく、スラリーに金属または金属酸化物が添加されない場合、前記無機物は酸素イオン伝導性無機物粒子であってもよい。
本明細書は、燃料極、電解質層及び空気極が順次備えられた固体酸化物燃料電池であって、前記燃料極及び空気極のうち少なくとも一つは前記電極を含む固体酸化物燃料電池を提供する。
本明細書は、燃料極、電解質層及び空気極が順次備えられた固体酸化物燃料電池であって、前記燃料極は前記電極を含む固体酸化物燃料電池を提供する。
前記電極は厚さが１μｍ以上の燃料極支持体であってもよい。具体的には、前記燃料極支持体の厚さは３００μｍ以上９００μｍ以下であってもよい。
前記燃料極は、前記燃料極支持体と電解質層との間に備えられた燃料極機能性層をさらに含むことができる。
前記燃料極機能性層、電解質層及び空気極の材質は特に限定されず、当技術分野で一般的に用いられるものを採用することができる。
前記燃料極機能性層の厚さは１０μｍ以上９０μｍ以下であってもよい。
前記電解質層の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。
前記空気極の厚さは１μｍ以上１０００μｍ以下であってもよい。
本明細書は、酸素イオン伝導性無機物粒子、制御性凝集剤（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）及び溶媒を含む固体酸化物燃料電池の電極スラリーを用いて固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを形成するステップ、及び前記固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを焼結して電極を製造するステップを含む固体酸化物燃料電池の電極の製造方法を提供する。
前記固体酸化物燃料電池の電極の製造方法においては、前記固体酸化物燃料電池の電極スラリー、固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシート、固体酸化物燃料電池の電極及び固体酸化物燃料電池に関する説明を引用することができる。
前記固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを形成する方法は特に限定されないが、前記固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートはテープキャスティング法により形成されることができる。
前記固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを焼結するステップは、前記酸素イオン伝導性無機物粒子が固結され、前記制御性凝集剤が除去されつつ、前記酸素イオン伝導性無機物粒子で固結された固結体に気孔を形成するステップであってもよい。
前記固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを焼結するステップは、追加のグリーンシートを積層し、積層された複数のグリーンシートを共に焼結（同時焼結）するステップであってもよい。
前記固体酸化物燃料電池の電極の製造方法により製造された電極は固体酸化物燃料電池の燃料極、燃料極支持体及び空気極のうち少なくとも一つであってもよく、具体的には、前記固体酸化物燃料電池の電極の製造方法により製造された電極は固体酸化物燃料電池の燃料極支持体であってもよい。
以下では、実施例を通じて本明細書についてより詳細に説明する。但し、以下の実施例は本明細書を例示するためのものに過ぎず、本明細書を限定するためのものではない。
［実施例１］
１．スラリー製作ステップ
無機粒子としてＧＤＣ Ｐｏｗｄｅｒ（Ｒｈｏｄｉａ社、ＵＨＳＡ ｇｒａｄｅ、ｐｒｉｍａｒｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ：〜３０ｎｍ）１２．５ｇ、Ｎｉｃｋｅｌｏｕｓ Ｏｘｉｄｅ ｐｏｗｄｅｒ（Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ、Ｐｒｉｍａｒｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ：〜２００ｎｍ）２２．０ｇ、ＰＭＭＡ ｂｅａｄ（Ｓｅｋｉｓｕｉ社、ｐｒｉｍａｒｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ：１μｍ、Ｇｒａｄｅ：ＳＳＸ−１０１）４ｇとＧＤＣ Ｐｏｗｄｅｒ、制御性凝集剤水溶液（Ａｎｔｉ Ｔｅｒｒａ−２５０、Ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ：７０％）５．５ｇをＤ．Ｉ．Ｗａｔｅｒ ２０．０ｇと共に混合した後、Ｂａｌｌ（３ｍｍ、ＺｒＯ２）２５ｇを容器に入れた後、４８時間分散を実施した。さらに分散液にバインダー水溶液（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ社、Ｇｒａｄｅ：ＷＢ４０Ｂ−５３、Ｓｏｌｉｄ Ｃｏｎｔｅｎｔｓ：２５％）２０．０ｇと消泡剤（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ社、Ｇｒａｄｅ：ＤＦ００２）２．０ｇを添加した後、７２時間混合する過程を経てスラリーを完成した。
１．スラリー製作ステップ
無機粒子としてＧＤＣ Ｐｏｗｄｅｒ（Ｒｈｏｄｉａ社、ＵＨＳＡ ｇｒａｄｅ、ｐｒｉｍａｒｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ：〜３０ｎｍ）１２．５ｇ、Ｎｉｃｋｅｌｏｕｓ Ｏｘｉｄｅ ｐｏｗｄｅｒ（Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ、Ｐｒｉｍａｒｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ：〜２００ｎｍ）２２．０ｇ、ＰＭＭＡ ｂｅａｄ（Ｓｅｋｉｓｕｉ社、ｐｒｉｍａｒｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ：１μｍ、Ｇｒａｄｅ：ＳＳＸ−１０１）４ｇとＧＤＣ Ｐｏｗｄｅｒ、制御性凝集剤水溶液（Ａｎｔｉ Ｔｅｒｒａ−２５０、Ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ：７０％）５．５ｇをＤ．Ｉ．Ｗａｔｅｒ ２０．０ｇと共に混合した後、Ｂａｌｌ（３ｍｍ、ＺｒＯ２）２５ｇを容器に入れた後、４８時間分散を実施した。さらに分散液にバインダー水溶液（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ社、Ｇｒａｄｅ：ＷＢ４０Ｂ−５３、Ｓｏｌｉｄ Ｃｏｎｔｅｎｔｓ：２５％）２０．０ｇと消泡剤（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ社、Ｇｒａｄｅ：ＤＦ００２）２．０ｇを添加した後、７２時間混合する過程を経てスラリーを完成した。
スラリーの総重量を基準に、ＧＤＣ Ｐｏｗｄｅｒ １４．５重量％、Ｎｉｃｋｅｌｏｕｓ Ｏｘｉｄｅ ｐｏｗｄｅｒ ２５．６重量％、ＰＭＭＡ ｂｅａｄ ４．７重量％、Ａｎｔｉ Ｔｅｒｒａ−２５０ ４．５重量％、バインダー樹脂５．８重量％、消泡剤２．３重量％、溶媒４２．６重量％であった。この時、ＧＤＣ Ｐｏｗｄｅｒ、Ｎｉｃｋｅｌｏｕｓ Ｏｘｉｄｅ ｐｏｗｄｅｒ及びＰＭＭＡ ｂｅａｄの重量の和を基準に、Ａｎｔｉ Ｔｅｒｒａ−２５０の含量は１１．７重量％であった。
２．テープ製作
製造されたスラリーをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上にフィルムキャスティング装置を用いて６００μｍ厚さでコーティングした後、６０℃の温度で溶媒を蒸発させ、乾燥された状態のグリーンシートを製造した。
製造されたスラリーをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上にフィルムキャスティング装置を用いて６００μｍ厚さでコーティングした後、６０℃の温度で溶媒を蒸発させ、乾燥された状態のグリーンシートを製造した。
３．焼結ステップ
前記グリーンシートを１５００℃で焼結させ、厚さが約４５０μｍの焼結体を製作した。
前記グリーンシートを１５００℃で焼結させ、厚さが約４５０μｍの焼結体を製作した。
［比較例１］
実施例１においてＡｎｔｉＴｅｒｒａ ２５０の代わりにＢｙｋ １８７（Ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ：７０％含量）５．５ｇを用いたことを除いては、実施例１と同様に製造して厚さが約４００μｍの焼結体を製作した。
実施例１においてＡｎｔｉＴｅｒｒａ ２５０の代わりにＢｙｋ １８７（Ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ：７０％含量）５．５ｇを用いたことを除いては、実施例１と同様に製造して厚さが約４００μｍの焼結体を製作した。
［比較例２］
実施例１においてＡｎｔｉＴｅｒｒａ ２５０の代わりにＢｙｋ １９０（Ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ：４０％）１０．０ｇ及びＤ．Ｉ．Ｗａｔｅｒ １５．５ｇを用いたことを除いては、実施例１と同様に製造して厚さが約３９０μｍの焼結体を製作した。
実施例１においてＡｎｔｉＴｅｒｒａ ２５０の代わりにＢｙｋ １９０（Ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔｓ：４０％）１０．０ｇ及びＤ．Ｉ．Ｗａｔｅｒ １５．５ｇを用いたことを除いては、実施例１と同様に製造して厚さが約３９０μｍの焼結体を製作した。
［実験例１］
焼結体の気孔度を測定するために、Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ密度測定方法を用いて測定し、具体的には、実施例及び比較例１及び２で焼成された焼結体を各々蒸留水３００ｍｌが入れられた測定容器に投入し、その測定容器を２時間加熱した後、Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ密度測定方法を用いて密度を測定した。測定された結果を下記の表１に示す。
焼結体の気孔度を測定するために、Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ密度測定方法を用いて測定し、具体的には、実施例及び比較例１及び２で焼成された焼結体を各々蒸留水３００ｍｌが入れられた測定容器に投入し、その測定容器を２時間加熱した後、Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ密度測定方法を用いて密度を測定した。測定された結果を下記の表１に示す。
［実験例２］
収縮率実験
実施例及び比較例１及び２において焼成による収縮の変化を定量化した。この時、前記焼成前の厚さ及び大きさ（２．５ｃｍ×２．５ｃｍ）を基準に、焼成後の厚さ及び大きさ（横×縦）の変化を百分率で計算し、表１に厚さ及び大きさの収縮率を各々記載した。
収縮率実験
実施例及び比較例１及び２において焼成による収縮の変化を定量化した。この時、前記焼成前の厚さ及び大きさ（２．５ｃｍ×２．５ｃｍ）を基準に、焼成後の厚さ及び大きさ（横×縦）の変化を百分率で計算し、表１に厚さ及び大きさの収縮率を各々記載した。
下記の表１の結果によれば、実施例が比較例より収縮率が小さいことが分かり、これは、制御性凝集剤によって３次元構造の架橋が形成され焼成時に収縮が少ないことを示すため、寸法安定性が良いことが分かる。
１ ・・・固体酸化物燃料電池
１００ ・・・燃料極支持体
２００ ・・・燃料極機能性層
３００ ・・・電解質層
４００ ・・・空気極
１００ ・・・燃料極支持体
２００ ・・・燃料極機能性層
３００ ・・・電解質層
４００ ・・・空気極
Claims (15)
- 酸素イオン伝導性無機物粒子、気孔形成剤、制御性凝集剤（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）及び溶媒を含む固体酸化物燃料電池の電極スラリーであって、
前記制御性凝集剤は、ポリアミン塩及び不飽和脂肪酸のアルキロールアンモニウム塩のうち少なくとも一つを含む、固体酸化物燃料電池の電極スラリー。 - 前記電極スラリーは、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｒｕ、Ｃｏ及びＰｔのうち少なくとも一つを含む金属または金属酸化物をさらに含む、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池の電極スラリー。
- 前記酸素イオン伝導性無機物粒子、前記金属または金属酸化物及び前記気孔形成剤の総重量を基準に、前記制御性凝集剤の含量は１重量％以上２０重量％以下である、請求項２に記載の固体酸化物燃料電池の電極スラリー。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極スラリーを用いて製造された固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシート。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極スラリーを用いて製造された固体酸化物燃料電池の電極。
- 前記電極の気孔度は２０％以上５０％以下である、請求項５に記載の固体酸化物燃料電池の電極。
- 下記式１による気孔形成剤の気孔形成率は０．７以上である、請求項５に記載の固体酸化物燃料電池の電極：
［式１］
- 前記電極の気孔の大きさは０．１μｍ以上５００μｍ以下である、請求項５に記載の固体酸化物燃料電池の電極。
- 燃料極、電解質層及び空気極が順次備えられた固体酸化物燃料電池であって、
前記燃料極及び空気極のうち少なくとも一つは請求項５に記載の電極を含む固体酸化物燃料電池。 - 燃料極、電解質層及び空気極が順次備えられた固体酸化物燃料電池であって、
前記燃料極は請求項５に記載の電極を含む固体酸化物燃料電池。 - 前記電極は厚さが１μｍ以上の燃料極支持体である、請求項１０に記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記燃料極は、前記燃料極支持体と電解質層との間に備えられた燃料極機能性層をさらに含む、請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池。
- 酸素イオン伝導性無機物粒子、気孔形成剤、制御性凝集剤（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）及び溶媒を含む固体酸化物燃料電池の電極スラリーを用いて固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを形成するステップ、及び
前記固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを焼結して電極を製造するステップを含む固体酸化物燃料電池の電極の製造方法であって、
前記制御性凝集剤は、ポリアミン塩及び不飽和脂肪酸のアルキロールアンモニウム塩のうち少なくとも一つを含む、固体酸化物燃料電池の電極の製造方法。 - 前記固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシートを焼結するステップは、前記酸素イオン伝導性無機物粒子が固結され、前記制御性凝集剤が除去されつつ、前記酸素イオン伝導性無機物粒子で固結された固結体に気孔を形成するステップである、請求項１３に記載の固体酸化物燃料電池の電極の製造方法。
- 前記電極は固体酸化物燃料電池の燃料極支持体である、請求項１３に記載の固体酸化物燃料電池の電極の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20150132385 | 2015-09-18 | ||
| KR10-2015-0132385 | 2015-09-18 | ||
| PCT/KR2016/010329 WO2017048047A1 (ko) | 2015-09-18 | 2016-09-13 | 고체산화물 연료전지의 전극 슬러리, 고체산화물 연료전지의 전극용 그린시트, 고체산화물 연료전지의 전극, 고체산화물 연료전지 및 고체산화물 연료전지의 전극의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018503215A JP2018503215A (ja) | 2018-02-01 |
| JP6512293B2 true JP6512293B2 (ja) | 2019-05-15 |
Family
ID=58289565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017527840A Active JP6512293B2 (ja) | 2015-09-18 | 2016-09-13 | 固体酸化物燃料電池の電極スラリー、固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシート、固体酸化物燃料電池の電極、固体酸化物燃料電池、及び固体酸化物燃料電池の電極の製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10615420B2 (ja) |
| EP (1) | EP3352270B1 (ja) |
| JP (1) | JP6512293B2 (ja) |
| KR (1) | KR102092440B1 (ja) |
| CN (1) | CN107112544B (ja) |
| WO (1) | WO2017048047A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101908015B1 (ko) | 2017-03-20 | 2018-12-18 | 주식회사 코아비스 | 차량용 센서의 신호 처리 시스템 및 그 처리 방법 |
| CN110137564B (zh) * | 2019-04-09 | 2021-08-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于锂离子电池的多孔型固态电解质制备方法 |
| CN110247074B (zh) * | 2019-05-20 | 2021-11-30 | 内蒙古科技大学 | 一种使用pvp-k30造孔剂的复合阳极粉体及其制备方法 |
| DE102021133521A1 (de) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Trägergestützter Elektrolyt, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3336851B2 (ja) | 1996-02-28 | 2002-10-21 | 東陶機器株式会社 | Ｎｉ／ＹＳＺサーメット原料粉末の製造方法 |
| JPH09302438A (ja) | 1996-05-15 | 1997-11-25 | Toto Ltd | Ｎｉ／ＹＳＺサーメット及びその製造方法 |
| US7638222B2 (en) | 2001-03-28 | 2009-12-29 | Hexis Ag | Porous, gas permeable layer substructure for a thin, gas tight layer for use as a functional component in high temperature fuel cells |
| KR20030045324A (ko) | 2001-12-03 | 2003-06-11 | 주식회사 엘지화학 | 메탄올 비투과성 전해질막 및 그 제조방법 |
| WO2003098724A1 (fr) | 2002-05-22 | 2003-11-27 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Substrat support d'electrode utilise comme pile a combustible de type oxyde solide et son procede de production |
| JP5191166B2 (ja) | 2007-05-25 | 2013-04-24 | 株式会社田中化学研究所 | 固体酸化物型燃料電池の燃料極用材料 |
| US7914636B2 (en) | 2007-09-11 | 2011-03-29 | Institute Of Nuclear Energy Research | Synergistic process and recipe for fabrication of a high integrity membrane electrode assembly of solid oxide fuel cell |
| KR101041934B1 (ko) | 2009-03-19 | 2011-06-16 | 한국과학기술연구원 | 박막 전해질을 형성하기 위한 기공 경사 구조를 갖는 고체 산화물 연료 전지 및 그 제조 방법 |
| JP5398904B2 (ja) | 2009-03-16 | 2014-01-29 | コリア・インスティテュート・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー | 気孔傾斜構造のナノ気孔性層を含む燃料極支持型固体酸化物燃料電池及びその製造方法 |
| KR20110109104A (ko) | 2010-03-30 | 2011-10-06 | 삼성전기주식회사 | 금속 산화물-이트리아 안정화 지르코니아 복합체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 |
| JP5998934B2 (ja) * | 2010-09-28 | 2016-09-28 | 凸版印刷株式会社 | 燃料電池用電極触媒層の製造方法、燃料電池用膜電極接合体、固体高分子形燃料電池 |
| KR101218968B1 (ko) | 2011-01-25 | 2013-01-08 | 영남대학교 산학협력단 | 고체산화물 연료전지용 음극재 및 그 제조방법 |
| JP5617717B2 (ja) | 2011-03-23 | 2014-11-05 | 住友大阪セメント株式会社 | 複合セラミックス材料及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池 |
| KR101283082B1 (ko) | 2011-09-01 | 2013-07-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지의 후면 전극용 페이스트 조성물 및 태양전지 |
| US9370767B2 (en) | 2012-02-16 | 2016-06-21 | Nanyang Technological University | Metal oxide composite and a method of forming thereof |
| KR20130123189A (ko) | 2012-05-02 | 2013-11-12 | 삼성전자주식회사 | 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 및 그 제조방법과 이를 포함한 고체산화물 연료전지 |
| JP5858430B2 (ja) | 2012-09-24 | 2016-02-10 | 国立大学法人九州大学 | 固体酸化物形燃料電池用アノード支持体、アノード支持型ハーフセル及びアノード支持型固体酸化物形燃料電池単セル並びにアノード支持型ハーフセルの製造方法 |
| TW201417383A (zh) | 2012-10-23 | 2014-05-01 | Univ Nat Taiwan | 一種多孔氧化物電極層及其製作法 |
| JP5746309B2 (ja) | 2012-12-17 | 2015-07-08 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． | 固体酸化物燃料電池の電極用ペースト、これを用いる固体酸化物燃料電池およびその製造方法 |
| KR101662211B1 (ko) | 2013-11-06 | 2016-10-04 | 연세대학교 산학협력단 | 연료극, 연료극 지지형 전해질막, 연료전지 및 연료극 지지형 전해질막의 제조방법 |
-
2016
- 2016-09-13 KR KR1020160118069A patent/KR102092440B1/ko active IP Right Grant
- 2016-09-13 CN CN201680004356.XA patent/CN107112544B/zh active Active
- 2016-09-13 EP EP16846868.4A patent/EP3352270B1/en active Active
- 2016-09-13 JP JP2017527840A patent/JP6512293B2/ja active Active
- 2016-09-13 US US15/533,540 patent/US10615420B2/en active Active
- 2016-09-13 WO PCT/KR2016/010329 patent/WO2017048047A1/ko active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3352270A1 (en) | 2018-07-25 |
| WO2017048047A1 (ko) | 2017-03-23 |
| CN107112544B (zh) | 2020-08-11 |
| US20170338494A1 (en) | 2017-11-23 |
| EP3352270B1 (en) | 2021-07-21 |
| EP3352270A4 (en) | 2019-03-27 |
| KR20170034343A (ko) | 2017-03-28 |
| KR102092440B1 (ko) | 2020-03-23 |
| US10615420B2 (en) | 2020-04-07 |
| CN107112544A (zh) | 2017-08-29 |
| JP2018503215A (ja) | 2018-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2016080019A1 (ja) | 固体酸化物型燃料電池用アノードおよびその製造方法、ならびに燃料電池用電解質層－電極接合体の製造方法 | |
| JP6512293B2 (ja) | 固体酸化物燃料電池の電極スラリー、固体酸化物燃料電池の電極用グリーンシート、固体酸化物燃料電池の電極、固体酸化物燃料電池、及び固体酸化物燃料電池の電極の製造方法 | |
| KR101835956B1 (ko) | 전극의 제조방법, 이로 제조된 전극, 상기 전극을 포함하는 전극 구조체, 상기 전극을 포함하는 연료 전지 또는 금속 공기 이차 전지, 상기 연료 전지 또는 금속 공기 이차 전지를 포함하는 전지 모듈, 및 전극 제조용 조성물 | |
| CN107660318A (zh) | 制造固体氧化物燃料电池用电解质膜的方法、固体氧化物燃料电池用电解质膜、固体氧化物燃料电池和燃料电池模块 | |
| EP3451429B1 (en) | Electrolyte for solid oxide fuel cell, solid oxide fuel cell comprising same, composition for said electrolyte, and method for producing said electrolyte | |
| US10665879B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| KR20160053832A (ko) | 무기 산화물 입자 및 이의 소결체를 포함하는 전해질 | |
| JP6526204B2 (ja) | 固体酸化物燃料電池の製造方法、固体酸化物燃料電池およびこれを含む電池モジュール | |
| KR101809789B1 (ko) | 치밀도가 향상된 무기 전해질막의 제조방법, 이를 위한 무기 전해질막 제조용 조성물 및 이를 통해 제조된 무기 전해질막 | |
| KR20140070761A (ko) | 고체 산화물 연료전지용 전극 및 전해질층, 고체 산화물 연료전지 및 그의 제조 방법 | |
| KR102100536B1 (ko) | 고체 산화물 연료전지의 전해질용 조성물, 이로 제조된 전해질, 이를 포함하는 고체 산화물 연료전지 및 이의 제조방법 | |
| KR102129651B1 (ko) | 고체 전해질 연료전지용 연료극 그린시트 및 고체 산화물 연료전지 | |
| KR101679910B1 (ko) | 무기 산화물 분말 및 이의 소결체를 포함하는 전해질 | |
| JP7136185B2 (ja) | セル構造体 | |
| KR20170014639A (ko) | 고체산화물 연료전지용 그린시트 적층체 및 고체산화물 연료전지의 제조방법 | |
| CN107534175B (zh) | 固体氧化物燃料电池和包含其的电池模块 | |
| KR102079846B1 (ko) | 고체 산화물 연료전지의 운전 방법 및 이로 운전되는 고체 산화물 연료전지 | |
| Sivasankaran et al. | Gd0. 1O2− x | |
| JP2004281249A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| KR20170010625A (ko) | 고체산화물 연료전지용 그린시트 적층체 및 고체산화물 연료전지의 제조방법 | |
| KR20140030913A (ko) | 고온 소결이 가능하며 기공도 및 기계적 강도가 우수한 고체산화물연료전지의 지지체 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180620 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180724 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181012 |
|
| 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: 20190312 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190325 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6512293 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| 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 |