JP6524434B2 - Solid oxide fuel cell air electrode, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing solid oxide fuel cell air electrode - Google Patents

Solid oxide fuel cell air electrode, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing solid oxide fuel cell air electrode Download PDF

Info

Publication number
JP6524434B2
JP6524434B2 JP2014226436A JP2014226436A JP6524434B2 JP 6524434 B2 JP6524434 B2 JP 6524434B2 JP 2014226436 A JP2014226436 A JP 2014226436A JP 2014226436 A JP2014226436 A JP 2014226436A JP 6524434 B2 JP6524434 B2 JP 6524434B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air electrode
fuel cell
solid oxide
oxide fuel
perovskite
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014226436A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016091857A (en
Inventor
永井 徹
徹 永井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2014226436A priority Critical patent/JP6524434B2/en
Publication of JP2016091857A publication Critical patent/JP2016091857A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6524434B2 publication Critical patent/JP6524434B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、固体酸化物型燃料電池の空気極、固体酸化物型燃料電池、及び固体酸化物型燃料電池の空気極の製造方法に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell air electrode, a solid oxide fuel cell, and a method of manufacturing a solid oxide fuel cell air electrode.

近年では、クリーンで再生可能なエネルギーについての要求が大きくなるにつれ、固体酸化物燃料電池(SOFC)は、その高いエネルギー効率、環境への配慮及び優れた燃料の柔軟性により大きな注目を受けてきた。SOFCは、主要な構成要素として空気極電極、電解質、及び燃料極電極から構成される。その動作については、先ず空気極において、表面で空気中の酸素が、空気極材料から電子を受け取って酸化物イオンとなる。この酸化物イオンが空気極材料の中に取り込まれ、結晶格子中を拡散して電解質界面に到達する。酸化物イオンは、更に電解質中に移り拡散し、電解質の反対側表面に設置された燃料極に至り、更に燃料極材料内を拡散して燃料極表面に到達する。酸化物イオンは、燃料極表面にて燃料の水素と反応して水を生成しつつ燃料極に電子を渡す。このように、多段の反応が起きる。電子は燃料極から空気極へと外部回路を流れ、電池として動作する。   In recent years, as the demand for clean and renewable energy has grown, solid oxide fuel cells (SOFCs) have received great attention due to their high energy efficiency, environmental friendliness and excellent fuel flexibility . The SOFC comprises an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode as main components. In the operation, first, at the air electrode, oxygen in the air at the surface receives electrons from the air electrode material and becomes oxide ions. The oxide ions are taken into the cathode material and diffuse through the crystal lattice to reach the electrolyte interface. The oxide ions further transfer and diffuse into the electrolyte, reach the fuel electrode disposed on the opposite surface of the electrolyte, and further diffuse within the fuel electrode material to reach the fuel electrode surface. The oxide ions react with hydrogen of the fuel at the surface of the fuel electrode to generate water while passing electrons to the fuel electrode. Thus, multistage reactions occur. Electrons flow from the fuel electrode to the air electrode through an external circuit to operate as a battery.

SOFCでは、その製造コストが大きな課題の1つとなっており、これに対する方法として、構造材料やシール材料、電気的接続材料において、より安価な材料が使用可能となるように、動作温度の低温化が求められてきている。当該動作温度は従来、1000℃程度であったところ、これを600℃〜750℃の中間運転温度、さらにはより低温(<600℃)まで低温化できることが望ましい。しかしながら、当該中低温域でSOFCを使用する場合には、従来のSOFCの構成材料では特性が低下するという問題が生じる。   In SOFC, the manufacturing cost is one of the major issues, and the method for this is to lower the operating temperature so that cheaper materials can be used in structural materials, sealing materials, and electrical connection materials. Is being sought. Although the operating temperature is conventionally about 1000 ° C., it is desirable that the temperature can be lowered to an intermediate operating temperature of 600 ° C. to 750 ° C., and further to a lower temperature (<600 ° C.). However, when using SOFC in the said middle-low temperature area | region, the problem that the characteristic material falls in the conventional SOFC constituent material arises.

燃料電池の主要な構成部分である空気極、電解質、燃料極の何れについても低温動作化は大きな課題である。電解質においては、電解質の厚みを薄くすることに加え、より高いイオン伝導性を有する材料が求められる。このような材料の例としては、サマリウム(Sm)で置換したセリア(SDC)、ガドリニウム(Gd)で置換したセリア(GDC)、ランタンガレート(LaGaO3)の一部をストロンチウム(Sr)やマグネシウム(Mg)で置換した材料(LSGM)が挙げられる。燃料極においては、ニッケル(Ni)又はYSZを含むサーメット等が検討されている。 Low temperature operation is a major issue for any of the main components of the fuel cell, that is, the air electrode, the electrolyte and the fuel electrode. In the electrolyte, in addition to reducing the thickness of the electrolyte, a material having higher ion conductivity is required. Examples of such materials include samarium (Sm) substituted ceria (SDC), gadolinium (Gd) substituted ceria (GDC), and lanthanum gallate (LaGaO 3 ) as part of strontium (Sr) or magnesium ( Mg) substituted materials (LSGM). In the fuel electrode, cermets containing nickel (Ni) or YSZ have been considered.

中低温運転において、電池の全抵抗性の大部分を占めて性能低下の主要な原因となっているのは、空気極であると考えられており、空気極の性能向上が中低温のSOFCの実用化に向けた最も大きい課題になっている。即ち、空気極表面での空気中の酸素分子がイオン化する反応と、イオン化した酸化物イオンが空気極の材料格子中を拡散する速度が遅く、これらのより速度の速い高性能の空気極が求められている。   In medium- and low-temperature operation, it is believed that the air electrode accounts for the majority of the total resistance of the battery and is the main cause of performance degradation. It is the biggest challenge for practical use. That is, the reaction in which oxygen molecules in the air are ionized on the surface of the air electrode and the speed at which the ionized oxide ions diffuse in the material lattice of the air electrode are slow, and these faster high-performance air electrodes are required. It is done.

SOFCの空気極の1つとして、ペロブスカイト型酸化物を含有させたものがある。初期のSOFC用の空気極としては、例えばLa1-xSrxMnO3-δ 、La1-xSrxCrO3-δ 等のMnやCrをペロブスカイトのBサイト(酸素八面体の中心位置)に含有する材料が用いられてきた、これらは、YSZ等のジルコニア電解質のSOFCで用いられる空気極であるが、700℃を超える高温度で運転されるのが通常である。一方、中低温域で用いるSOFCの空気極としては、非特許文献1,2等に記載されているように、Ln1-xSrxCoO3-δ 、La1-xSrxCo1-yFey3-δ 、及びBa0.5Sr0.5Co0.8Fe0.23-δ 等が、セリア系電解質との組み合わせで良い特性を示すことが報告されてきている。これら空気極材料が中低温域で好ましい特性を発揮するには、ペロブスカイト型構造のBサイトにCo(Co)や鉄(Fe)を含有していることが鍵であると考えられている。 One of the SOFC air electrodes is one containing a perovskite oxide. Early The air electrode for SOFC, e.g. La 1-x Sr x MnO 3- δ, La 1-x Sr x CrO 3- δ etc. B site of Mn and Cr in the perovskite (oxygen octahedral center position) The materials contained therein have been used, which are the air electrodes used in SOFCs of zirconia electrolytes such as YSZ, but are usually operated at high temperatures above 700.degree. On the other hand, as the air electrode of the SOFC is used at medium low temperature region, as described in Non-Patent Documents 1 and 2, Ln 1-x Sr x CoO 3- δ, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3- [delta], and Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O 3- δ etc., to exhibit good properties in combination with ceria based electrolyte have been reported. In order for these air electrode materials to exhibit desirable properties in the middle and low temperature region, it is considered that the key is that Co (Co) or iron (Fe) is contained at the B site of the perovskite structure.

非特許文献3に記載されているように、Co,Fe系のペロブスカイト型酸化物は、高い酸化物イオン導電性と、高い電子(またはホール)導電性を併せ持つ特長に着目されていた。Co,Fe系のペロブスカイト型酸化物は、SOFCへの適用が考えられるよりも以前から、空気中から酸素を分離するための酸素分離膜材料として検討されてきた。   As described in Non-Patent Document 3, the Co, Fe-based perovskite oxide has been focused on the feature of having high oxide ion conductivity and high electron (or hole) conductivity. Co, Fe-based perovskite oxides have been considered as an oxygen separation membrane material for separating oxygen from the air before being considered for application to SOFCs.

酸素分離膜においては、高酸素分圧側の膜表面で空気中の酸素が、膜材料から電子を受け取って酸化物イオンとなり、酸化物イオンが分離膜の材料格子中を拡散して膜の反対側表面(低酸素分圧側表面)に到達する。当該表面にて2つの酸化物イオンが反応し、電子を膜材料に残し、再び酸素分子となって脱離する。このように、酸素分離膜において起きている反応は、SOFCの空気極と類似している。両者の間の違いは、電子(又はホール)が、SOFCの場合は外部接続を介して燃料極から空気極に向けて流れるのに対し、酸素分離膜の場合には、分離膜の中を低酸素分圧側(酸素透過側)表面から高酸素分圧側(酸素入側)表面に向けて流れている点である。空気極として重要な、電極表面での酸素の解離反応速度、電極材料中の酸化物イオン伝導度、電子(又はホール)伝導度は、何れも酸素分離膜においても分離特性を決める重要な因子である。故に、高性能な空気極材料の候補として、酸素分離膜材料が検討されてきたのは必然である。   In the oxygen separation membrane, oxygen in air at the membrane surface on the high oxygen partial pressure side receives electrons from the membrane material to form oxide ions, and oxide ions diffuse in the material lattice of the separation membrane to the other side of the membrane The surface (low oxygen partial pressure side surface) is reached. At the surface, two oxide ions react, leaving electrons in the film material, and are separated again as oxygen molecules. Thus, the reaction taking place in the oxygen separation membrane is similar to the air electrode of SOFC. The difference between the two is that electrons (or holes) flow from the fuel electrode to the air electrode through the external connection in the case of SOFC, while in the case of the oxygen separation membrane, the inside of the separation membrane is low. It is a point flowing from the oxygen partial pressure side (oxygen permeation side) surface toward the high oxygen partial pressure side (oxygen inlet side) surface. The dissociation reaction rate of oxygen on the electrode surface, the oxide ion conductivity in the electrode material, the electron (or hole) conductivity, which are important as an air electrode, are all important factors that determine the separation characteristics in the oxygen separation membrane is there. Therefore, it is inevitable that an oxygen separation membrane material has been considered as a high performance cathode material candidate.

酸素分離材料の中でも特に高酸化物イオン伝導度のものは、CoやFeをBサイトに含有しており、特にCoの含有率が高い。鉄をBサイトに含有する場合も良好な酸化物イオン伝導度が得られるものの、Coと比較すると酸化物イオン伝導特性が劣る。一方、Co含有率の高いペロブスカイト型酸化物には、材料が不安定であるという問題がある。当該不安定性には2種類あり、一つはペロブスカイト型構造を有する酸化物の結晶中の酸素空孔が、相互作用によって規則配列してしまい、いわゆるブラウンミラライト型に代表される構造に変化する変態である。もう一つは、ペロブスカイト型構造とは大きく異なる、六方晶への変態である。いずれの構造変態も、それが生じると酸化物イオン伝導度は大きく損なわれてしまうという問題が生じる。これらの材料不安定性問題を解決するために、多くの酸素分離膜材料が開発されてきた。   Among the oxygen separating materials, particularly those having high oxide ion conductivity contain Co and Fe at the B site, and the content of Co is particularly high. Even when iron is contained in the B site, good oxide ion conductivity can be obtained, but the oxide ion conductivity is inferior to that of Co. On the other hand, the perovskite-type oxide having a high Co content has a problem that the material is unstable. There are two types of the instability, one of which is that oxygen vacancies in the crystal of the oxide having a perovskite structure are regularly arranged by interaction, and the structure changes to a structure represented by so-called brownmillerite. It is transformation. The other is transformation to hexagonal crystals, which is very different from the perovskite structure. In any structural transformation, there arises a problem that the oxide ion conductivity is greatly impaired if it occurs. Many oxygen separation membrane materials have been developed to solve these material instability problems.

これらの酸素分離膜材料の中でも、特許文献1で開示されている材料は、Aサイトのバリウム(Ba)の含有量が多い組成範囲において、材料の安定性が高く、なお且つ酸素透過速度が高い、即ち酸化物イオン伝導性が高いペロブスカイト型混合伝導体である。この材料は、AサイトにBaを含むと共に、BサイトにCoやFeに加え、インジウム(In)やイットリウム(Y)等を含有することが特徴である。特にYについては、特許文献1において、そのペロブスカイト型混合伝導体への含有のさせ方として、従来から公知であるAサイトへの含有ではなく、Bサイトに含有させた場合に強いペロブスカイトの安定化効果が得られることが開示されている。また、YがAサイトではなくBサイトに入っていることは、X線粉末回折法等によって、ペロブスカイト型混合伝導体の格子定数を測定することで確認できることも示されている。即ち、YがAサイトを置換している場合には、Yのイオン半径はAサイトのBaやストロンチウム(Sr)よりも小さいため、置換による格子定数の増加は見られない。一方、YがBサイトを置換している場合には、Yのイオン半径はBサイトのCoやFeよりも大きいため、格子定数の増加が観察され、Bサイト置換を確認できるとされている。   Among these oxygen separation membrane materials, the material disclosed in Patent Document 1 has high stability of the material and high oxygen permeation rate in the composition range where the content of barium (Ba) at A site is large. That is, it is a perovskite-type mixed conductor having high oxide ion conductivity. This material is characterized in that it contains Ba at the A site, and contains indium (In), yttrium (Y), etc. in addition to Co and Fe at the B site. In particular, as for Y, in Patent Document 1, as a way of including it in the perovskite-type mixed conductor, the stabilization of the perovskite is strong when it is contained in the B site, not in the conventionally known A site. It is disclosed that an effect can be obtained. Moreover, it is also shown that the fact that Y is not at the A site but at the B site can be confirmed by measuring the lattice constant of the perovskite-type mixed conductor by X-ray powder diffraction method or the like. That is, in the case where Y substitutes the A site, the ion radius of Y is smaller than that of Ba or strontium (Sr) at the A site, and therefore no increase in lattice constant due to substitution is observed. On the other hand, when Y substitutes the B site, the ion radius of Y is larger than Co or Fe of the B site, so an increase in lattice constant is observed, and it is believed that B site substitution can be confirmed.

特許文献1と類似して見える組成の酸化物混合伝導体、或いはSOFCの空気極の技術としては、例えば特許文献2には、酸化物イオン伝導体が開示されており、Bサイトにガリウム(Ga)を含む共に、酸素空孔を生じて酸化物イオン伝導性を発現するためとしてAlやIn等を、また、マトリックス結晶粒を小さくさせて機械的強度を向上させるためとしてAlやCo等を含有し得ることが記載されている。しかしながら、この酸化物イオン伝導体はGaをベースとするペロブスカイト型酸化物であり、AlやInは勿論、Coでさえ選択元素の一つでしかなく、Co系のペロブスカイト型酸化物の結晶構造の安定性についての効果を開示するものではない。   For example, Patent Document 2 discloses an oxide ion conductor as a technology of an oxide mixed conductor having a composition that looks similar to that of Patent Document 1 or an air electrode of SOFC; Containing Al), In, etc. to produce oxygen vacancies and to express oxide ion conductivity, and Al, Co, etc., to improve the mechanical strength by reducing the size of matrix crystal grains. It is stated that it can. However, this oxide ion conductor is a Ga-based perovskite-type oxide, and Al and In as well as Co are only one of the selection elements, and the crystal structure of a Co-based perovskite-type oxide is It does not disclose the effect on stability.

また、特許文献3においては、SOFCの空気極材料が開示されており、Bサイトにチタン(Ti)に加え、Co、Al、Inを含有し得ることが示されている。しかしながら、この空気極材料は、Tiをベースとするペロブスカイト型酸化物であり、AlやInは勿論、Coでさえ選択元素の一つでしかなく、Co系のペロブスカイト型酸化物の結晶構造の安定性についての効果を開示するものではない。   Further, Patent Document 3 discloses an air electrode material of SOFC, which indicates that B site can contain Co, Al, In in addition to titanium (Ti). However, this air electrode material is a Ti-based perovskite-type oxide, and Al and In as well as Co are only one of the selection elements, and the crystal structure of the Co-based perovskite-type oxide is stable. It does not disclose the effect on sexuality.

また、特許文献4においては、SOFCの空気極材料が開示されており、Bサイトにマンガン(Mn)に加え、任意の元素としてCoの他、Al、In等を含有し得ることが示されている。しかしながら、この空気極材料は、Mnをベースとするペロブスカイト型酸化物であり、AlやInは勿論、Coでさえ選択元素の一つでしかなく、Co系のペロブスカイト型酸化物の結晶構造の安定性についての効果を開示するものではない。   Further, Patent Document 4 discloses an air electrode material of SOFC, and it is shown that, in addition to manganese (Mn), B can contain Al, In, etc. in addition to Co as an arbitrary element. There is. However, this cathode material is a Mn-based perovskite-type oxide, and Al and In, of course, Co is only one of the selection elements, and the crystal structure of the Co-based perovskite-type oxide is stable. It does not disclose the effect on sexuality.

また、特許文献5においては、SOFCの空気極材料が開示されており、ペロブスカイト粒子と、銀(Ag)等の金属コア粒子の表面がセラミックスコーティングされたセラミックスコーティング粒子を含む複合材料が記載されている。この複合材料において、ペロブスカイト粒子にはCo又はMnを含むと共に、任意の元素としてやAlやIn、Yを含有し得ることが開示されている。この任意の元素は、その効果として高い酸化物イオン伝導性が得られると開示されている。但し、特許文献5は、AlやIn、YをBサイトに任意に含有しても良いが、これら元素によるCo系のペロブスカイト型酸化物の結晶構造の安定性に関し、効果を開示するものではない。   Further, Patent Document 5 discloses an SOFC air electrode material, and a composite material including perovskite particles and ceramic coating particles in which the surface of metal core particles such as silver (Ag) is ceramic-coated. There is. In this composite material, it is disclosed that the perovskite particles may contain Co or Mn, and may contain Al, In, or Y as an arbitrary element. This optional element is disclosed to have high oxide ion conductivity as its effect. However, Patent Document 5 may optionally contain Al, In, or Y at the B site, but does not disclose the effect on the stability of the crystal structure of the Co-based perovskite oxide by these elements. .

また、特許文献6においては、SOFCの空気極材料であって、ペロブスカイト型酸化物とセリウム酸化物のコンポジット状態の材料が開示されている。このペロブスカイト型酸化物はセリウムを含む他に、高い酸化物イオン伝導性が得られる事を目的としてCo、 Al、In、Y等を含み得るとされている。しかしながら、特許文献6においては、AlやIn、Yは必須ではない任意の選択元素の一つでしかない。またこれらの元素がBサイトに含まれていることによる、Co系のペロブスカイト型酸化物の結晶構造の安定性についての効果を開示するものではない。   Patent Document 6 discloses a SOFC air electrode material, which is a composite material of a perovskite oxide and a cerium oxide. It is said that this perovskite type oxide can contain Co, Al, In, Y and the like for the purpose of obtaining high oxide ion conductivity, in addition to containing cerium. However, in Patent Document 6, Al, In, and Y are only one of the optional elements which are not essential. Moreover, the effect on the stability of the crystal structure of the Co-based perovskite oxide due to the inclusion of these elements in the B site is not disclosed.

特許第4074452号公報Patent No. 4074452 特開2001−332122号公報JP 2001-332122 A 特開2009−263225号公報JP, 2009-263225, A 特表2011−510892号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-510892 特開2012−230795号公報JP, 2012-230795, A 特開2013−143242号公報JP, 2013-143242, A

Shao, Z. P.; Haile, S. M. Nature 2004,431, 170Shao, Z. P .; Haile, S. M. Nature 2004, 431, 170 Xia, C. R.ら. Solid State Ionics 2002, 149, 1Xia, C. R. et al. Solid State Ionics 2002, 149, 1 Teraokaら、Chemistry Letters 1985, 1743Teraoka et al., Chemistry Letters 1985, 1743

SOFCの中低温域における動作可能化に向けて、高温では十分な特性が得られる空気極材料のマンガン(Mn)やクロム(Cr)を含有するペロブスカイト型酸化物が、中低温域では性能が低下するという課題の解決が不可欠である。この解決方法として有力と考えられているのが、空気極材料をMnやCrよりも酸化物イオンの拡散に優れて高特性な、Co含有のペロブスカイト型酸化物に変更することである。特に、AサイトにBaを含むペロブスカイト型酸化物は、酸化物イオンの拡散に優れており、空気極材料としても高い特性が得られる可能性が期待される。但し、Co含有ペロブスカイト型酸化物を空気極に用いる検討はまだ緒に就いたばかりであり、主には製造された直後の初期特性が主に議論されている段階である。 In order to enable SOFC operation in the middle and low temperature range, perovskite electrode oxides containing manganese (Mn) and chromium (Cr) in the air electrode material that can obtain sufficient characteristics at high temperatures have performance degradation in the middle and low temperature ranges It is essential to solve the problem of A possible solution to this problem is to change the cathode material to a Co-containing perovskite-type oxide which is superior to Mn and Cr in diffusion of oxide ions and has high properties. In particular, a perovskite-type oxide containing Ba at the A site is excellent in diffusion of oxide ions, and the possibility of obtaining high characteristics as an air electrode material is expected. However, studies using Co-containing perovskite oxides for the air electrode have only just begun, and it is a stage where primarily the initial properties immediately after being manufactured are mainly discussed.

本発明者らは、Co含有のペロブスカイト型酸化物に関する過去の開発経験から、本材料が有する材料の不安定性に由来して、中低温域でのSOFCの使用においては、特に長期使用後のペロブスカイト相の変態と、これに伴う特性の低下、耐久性の問題を生じることに気付いた。このような変態は低温においては長期的にゆっくりと進行するため、いくら初期性能が高くても、電極の劣化に伴う燃料電池の耐久性の低下、長期的信頼性の欠如といった形で、装置性能に影響を与える。   From the past developmental experience with Co-containing perovskite-type oxides, the present inventors derive from the instability of the material possessed by this material, and in the use of SOFCs in the middle and low temperature range, particularly after long-term use It has been noted that phase transformations and the associated loss of properties and durability problems result. Since such transformation progresses slowly in the long term at low temperatures, the device performance is in the form of deterioration of fuel cell durability accompanied by electrode deterioration and lack of long-term reliability, regardless of how high the initial performance is. Affect.

Co含有のペロブスカイト型酸化物が有力な材料として既に検討が進められてきている別の応用分野、即ち酸素分離膜の分野においては、この酸化物の結晶構造を安定化させるための工夫が凝らされてきた。しかしながら、従来の酸素分離材料の開発では、主に800℃〜900℃での使用を前提としており、これに合わせて耐久性が検討されてきていたが、中低温用のSOFCの動作温度は750℃以下であり、酸素分離よりも低温域での使用となる。このように使用温度がより低い中低温域動作SOFCへの応用では、Coを含有するペロブスカイト型混合伝導体の結晶構造の不安定性が、酸素分離への応用より大きくなる。従って、SOFCの空気極としてのCo含有のペロブスカイト型酸化物の開発では、単に従来の酸素分離材料の転用では済まされない、専用の材料の開発が求められる。   In other application fields where Co-containing perovskite oxides have already been studied as potential materials, ie, in the field of oxygen separation membranes, efforts have been made to stabilize the crystal structure of this oxide. It has However, the development of conventional oxygen separation materials is mainly premised on the use at 800 ° C to 900 ° C, and the durability has been studied according to this, but the operating temperature of SOFC for middle and low temperature is 750 It is less than ° C and will be used at lower temperature than oxygen separation. In this way, in the application to SOFC operating in the middle to low temperature region where the use temperature is lower, the instability of the crystal structure of the Co-containing perovskite-type mixed conductor becomes larger than the application to oxygen separation. Therefore, development of a Co-containing perovskite-type oxide as an air electrode of SOFC requires the development of a dedicated material that can not be simply used for the conventional oxygen separation material.

酸素分離材料として開発された、AサイトにBaを含むと共に、BサイトにCoやFeに加え、InやY等を含有するペロブスカイト型混合伝導体は、Ba1-xSrxCo1-yIny3-δ ,Ba1-xSrxCo1-yy3-δ 等に代表される。これらは優れた酸化物イオン伝導性を示す混合伝導体である。しかしながら、その開発前提は他の酸素分離材料と同じく、SOFCの動作温度が800℃〜900℃であるものであった。中低温動作のSOFC用途に特有の材料不安定性を考慮した、長期的信頼性の観点からの材料開発は、InやY含有のCo系ペロブスカイト型混合伝導体においてこれまでなされていない。 Was developed as an oxygen separation materials, along with containing Ba in the A site, in addition to Co or Fe at the B site, the perovskite-type mixed conductor containing In or Y etc., Ba 1-x Sr x Co 1-y In y O 3- [delta], represented by Ba 1-x Sr x Co 1 -y Y y O 3- δ like. These are mixed conductors that exhibit excellent oxide ion conductivity. However, the development premise was that the operating temperature of SOFC was 800 ° C. to 900 ° C., like other oxygen separation materials. Material development from the viewpoint of long-term reliability considering the material instability peculiar to the SOFC application of middle and low temperature operation has not been made in the In and Y containing Co based perovskite type mixed conductors.

本発明者らの検討の結果では、当該酸素分離材料を、中低温動作のSOFCの空気極に適用しようとしても、懸念されたように耐久性及び高特性の両立が困難であることが判明した。とは言うものの、この酸素分離材料の酸化物イオン伝導体としての高い性能は依然魅力的であり、中低温域で動作するSOFCの課題解決に向けて、この酸素分離材料を改良することが有力な解決方法の候補であると期待された。即ち、中低温域における長期間の使用を目指すSOFC用の空気極の材料として、特許文献1に開示されているAサイトにBa、BサイトにCoやFeとInやYを含有するCo系ペロブスカイト型混合伝導体をベースとしつつ、中低温用SOFCの空気極に特化した、より優れた材料の開発が求められていた。   As a result of studies by the present inventors, even if it is attempted to apply the oxygen separation material to the air electrode of an SOFC operating at low and medium temperatures, it has been found that coexistence of durability and high characteristics is difficult as feared. . However, the high performance of this oxygen separation material as an oxide ion conductor is still attractive, and it is effective to improve this oxygen separation material to solve the problems of SOFC operating in the middle and low temperature range. Was expected to be a candidate for a successful solution. That is, as a material of an air electrode for SOFC aiming at long-term use in the middle and low temperature range, a Co-based perovskite containing Ba at the A site and Co or Fe and In at Y site at the B site disclosed in Patent Document 1 There has been a demand for the development of more superior materials specialized for the air electrode of SOFCs for middle and low temperatures while being based on a mixed conductor.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、固体酸化物型燃料電池の中低温域の使用環境下で優れた特性を発揮し、中低温域の使用あっても高い燃料電池特性(例えば最高出力密度)を得ることができ、当該使用環境下であってもペロブスカイト型結晶構造として高い安定性を示し、長期間安定して特性を発揮することを可能とする、固体酸化物型燃料電池の空気極、固体酸化物型燃料電池、及び固体酸化物型燃料電池の空気極の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and exhibits excellent characteristics in the use environment of the middle and low temperature range of the solid oxide fuel cell, and has high fuel cell characteristics even when the medium and low temperature range is used. Solid oxide type that can obtain (for example, maximum power density), exhibit high stability as a perovskite crystal structure even under the use environment, and can exhibit characteristics stably for a long period of time An object of the present invention is to provide an air electrode of a fuel cell, a solid oxide fuel cell, and a method of manufacturing the air electrode of a solid oxide fuel cell.

本発明の固体酸化物型燃料電池の空気極は、ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物イオン混合伝導体であって、組成が、
[Ln1-a-ba(Ba)b][BxB'yB"z(Al)w]O(3-δ) ・・・(1)
の一般式で表される磁器組成物を含有している。
前記(1)式において、
Lnは、ランタノイド元素であるLa,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dyのうちから選ばれた1種又は2種以上の元素の組み合わせであり、
Aは、Sr,Caのうちから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせであり、
Bは、Co,Feから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせであって、Coのモル数が全B元素のモル数xに対して50%以上であり、
B'は、In,Yから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせであり、
B"は、Nb,Taから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせであり、
但し、
B'がInの場合には、0.7≦b≦1.0、0.05≦y≦0.2、
B'がYの場合には、0.5≦b≦1.0、0.06≦y≦0.2、
B'がIn及びYの組み合わせである場合には、b及びyの範囲はIn及びYのうちでより多くのモル数を含有する元素に対する範囲と一致しており、
0.8≦a+b≦1、
0<x、
0≦z≦0.1、
0<w≦0.2、
0.98≦x+y+z+w≦1.02であり、
δは、電荷中性条件を満たすように規定される値である。
The air electrode of the solid oxide fuel cell of the present invention is an oxide ion mixed conductor having a perovskite crystal structure, and the composition is
[L n 1-ab A a (Ba) b ] [B x B ' y B " z (Al) w ] O (3- δ ) (1)
The ceramic composition represented by the general formula of
In the above equation (1),
Ln is a combination of one or more elements selected from lanthanoid elements La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy;
A is a combination of one or two elements selected from Sr and Ca,
B is a combination of one or two elements selected from Co and Fe, and the mole number of Co is 50% or more with respect to the mole number x of all B elements,
B ′ is a combination of one or two elements selected from In and Y,
B "is a combination of one or two elements selected from Nb and Ta,
However,
When B ′ is In, 0.7 ≦ b ≦ 1.0, 0.05 ≦ y ≦ 0.2,
When B ′ is Y, 0.5 ≦ b ≦ 1.0, 0.06 ≦ y ≦ 0.2,
When B 'is a combination of In and Y, the range of b and y is the same as the range for elements containing more moles of In and Y,
0.8 ≦ a + b ≦ 1,
0 <x,
0 ≦ z ≦ 0.1,
0 <w ≦ 0.2,
0.98 ≦ x + y + z + w ≦ 1.02,
δ is a value defined to satisfy the charge neutral condition.

本発明の固体酸化物型燃料電池は、上記の空気極を備えている。   The solid oxide fuel cell of the present invention comprises the above-mentioned air electrode.

本発明の固体酸化物型燃料電池の空気極の製造方法は、前記(1)式におけるLn,A,Ba,B,B',B",Alを含有する炭酸塩又は酸化物の粉末を原料とし、前記粉末を混合して酸化性雰囲気又は不活性ガス雰囲気下で焼成を行ってペロブスカイト型構造の単一相からなる原料粉を生成し、前記原料粉を粉砕し、粉砕された前記原料粉を空気極形状に焼成するに際して、焼結熱履歴として経験する熱処理の最高温度が1150℃以上1200℃以下の温度である。   The method for producing an air electrode of a solid oxide fuel cell according to the present invention comprises using a powder of carbonate or oxide containing Ln, A, Ba, B, B ', B ", and Al in the formula (1). And mixing the powders and firing in an oxidizing atmosphere or an inert gas atmosphere to form a raw material powder consisting of a single phase of a perovskite structure, and pulverizing the raw material powder and grinding the raw material powder The maximum temperature of the heat treatment experienced as the sintering heat history when firing the air electrode into the shape of the air electrode is a temperature of 1150 ° C. or more and 1200 ° C. or less.

本発明によれば、固体酸化物型燃料電池の中低温域の使用環境下で優れた特性を発揮し、中低温域の使用あっても高い燃料電池特性(例えば最高出力密度)を得ることができ、当該使用環境下であってもペロブスカイト型結晶構造として高い安定性を示し、長期間安定して特性を発揮することを可能とする、信頼性の高い固体酸化物型燃料電池の空気極が実現する。   According to the present invention, the solid oxide fuel cell can exhibit excellent characteristics in the use environment of the middle and low temperature range, and can obtain high fuel cell characteristics (for example, maximum power density) even when the middle and low temperature range is used. The air electrode of a highly reliable solid oxide fuel cell, which exhibits high stability as a perovskite crystal structure even under the use environment and can exhibit characteristics stably for a long period of time To realize.

各試料を実施例1〜21及び比較例1〜9として、その組成等を記載した表を示す図である。It is a figure which shows the table | surface which described the composition etc. as each sample as Example 1-21 and Comparative Examples 1-9. 各試料を実施例1〜21及び比較例1〜9として、耐久性の加速試験の評価結果等を記載した表を示す図である。It is a figure which shows the table | surface which described the evaluation result of the accelerated test of durability, etc. by making each sample into Examples 1-21 and Comparative Examples 1-9.

以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

〔SOFC用空気極の具体的な材料構成〕
本実施形態によるSOFC用空気極は、特に中低温域において優れたSOFC特性を実現するためのものである。ここで、「中低温域」とは、600℃〜750℃の範囲内の中間温度域と、500℃〜600℃の範囲内の低温度域とを合わせた温度域(500℃〜750℃)とする。
[Specific material composition of air electrode for SOFC]
The air electrode for SOFC according to the present embodiment is for achieving excellent SOFC characteristics particularly in the middle and low temperature range. Here, the “mid-low temperature range” refers to a temperature range (500 ° C. to 750 ° C.) obtained by combining an intermediate temperature range within the range of 600 ° C. to 750 ° C. and a low temperature range within the range of 500 ° C. to 600 ° C. I assume.

本実施形態による空気極の材料は、特許文献1で開示された、AサイトにBaを含むと共に、BサイトにCoやFeに加え、InやYを含有するペロブスカイト型混合伝導体の検討を元に開発されたものである。当該検討の過程において、特許文献1で開示されたペロブスカイト型混合伝導体は、SOFC用空気極材料として、使用開始初期においては優れた特性を発揮し得ることが判った。一方、当該材料は、中低温域、特に500℃〜600℃における長期の使用において特性の劣化が生じ易く、その大きな原因として、当該温度での使用中における空気極材料の不安定化と、低特性相への相転移によることも明らかとなった。当該相転移に起因する特性劣化を防ぐためには、空気極材料の含有するInやYの含有量を増加させることが一つの方法であり得る。ところがその副作用として、材料の酸化物イオン導電性及び電子(又はホール)導電率とが低くなることに起因して、空気極としての特性が低下し、燃料電池の最高出力密度が低下する等の問題が生じる。   The material of the air electrode according to the present embodiment is based on the study of the perovskite-type mixed conductor containing Ba at the A site and In and Y in addition to Co and Fe at the B site disclosed in Patent Document 1 Was developed. In the process of the said examination, it turned out that the perovskite type mixed conductor disclosed by patent document 1 can exhibit the outstanding characteristic in the initial stage of use start as SOFC air electrode material. On the other hand, the material is likely to deteriorate in characteristics in the middle to low temperature range, particularly in long-term use at 500 ° C. to 600 ° C., mainly due to destabilization of the cathode material during use at the temperature. It was also revealed that the phase transition to the characteristic phase. In order to prevent the characteristic deterioration due to the phase transition, it is possible to increase the content of In and Y contained in the cathode material by one method. However, as a side effect, the characteristics as the air electrode are lowered due to the decrease in the oxide ion conductivity and the electron (or hole) conductivity of the material, and the maximum power density of the fuel cell is lowered, etc. A problem arises.

本発明者らは、AサイトにBaを含むと共に、BサイトにCoやFeに加え、InやYを含有するペロブスカイト型混合伝導体の本来持つ高特性を維持しつつ、中低温域での長期の使用においてもペロブスカイト型結晶構造を安定して保持可能であり、特性の劣化が少ない空気極材料の探索を進めた。その結果、本実施形態で開示する材料、即ち、AサイトにBa、BサイトにCoやFe及びInやYに加え、Alを含有させることが、本課題の解決に極めて有効であることを見出した。従来のCoを主成分として含むペロブスカイト型混合伝導体の検討は、酸素分離用途で、800℃〜900℃程度のより高温での使用を前提としており、ここではAlを含有させることは、特性向上手段或いは結晶構造安定化手段として考えられていなかった。   The inventors of the present invention have long-term characteristics in the middle and low temperature region while maintaining the inherent high characteristics of the Perovskite-type mixed conductor containing Ba at the A site and In and Y in addition to Co and Fe at the B site. We have also continued to search for cathode materials that can stably maintain the perovskite-type crystal structure and use less deterioration of the characteristics. As a result, it is found that the material disclosed in this embodiment, that is, containing Al in addition to Co, Fe and In and Y at Ba site and B site at A site is extremely effective for solving the problem. The The examination of the conventional perovskite-type mixed conductor containing Co as a main component is premised on use at a higher temperature of about 800 ° C. to 900 ° C. in an oxygen separation application, and in this case, containing Al improves the characteristics It was not considered as a means or crystal structure stabilization means.

一方、本発明者らは、AサイトにBa、BサイトにCoを主成分として含むペロブスカイト型混合伝導体において、In及び/又はYを含有させることを前提とした上で、追加的にAlを含有させることに想到した。この場合、InやYの含有量を増加させることなく、また空気極としての特性を低下させることなく、中低温域におけるペロブスカイト型結晶構造安定性を向上させ、長期の使用においても特性の劣化を抑制できることを見出した。本発明者らは、この知見を基に、中低温動作のSOFC用空気極としての用途に対し、Alの添加によって、特に高い効果が得られる材料の範囲を特定し、本発明を完成させた。   On the other hand, the present inventors added Al on the premise that In and / or Y are contained in the perovskite type mixed conductor in which Ba at the A site and Co at the B site are main components. I thought about containing it. In this case, the stability of the perovskite-type crystal structure in the middle and low temperature range is improved without increasing the content of In and Y and without reducing the characteristics as the air electrode, and the characteristics are deteriorated even in long-term use. I found that I could suppress it. Based on this finding, the present inventors have identified a range of materials that can obtain particularly high effects by the addition of Al for use as an air electrode for SOFC operation at medium and low temperatures, and completed the present invention .

上記のAl添加による好ましい効果が得られるメカニズムは未だ明確ではない。Al添加によって得られるペロブスカイト型結晶構造の安定化効果は強力ではなく、単独の添加ではさほど目立った機能を生じない。このため、従来ではAlはCoを主成分とするペロブスカイト型混合伝導体の結晶構造安定化のための添加元素として、さほど着目されてこなかったものと考えられる。一方、InやYによってある程度の安定化が得られている条件下では、既にInやYによって得られている効果に追加するように、一層の安定性向上がAl添加によって得られている。この追加的な安定性の向上が、中低温域での長期間使用における信頼性向上に役立っていると推察される。またAlを添加しても、結晶構造の安定性が向上できるのに対し、InやYを増量した場合のような、特性の低下が生じない理由としては、以下のように考えられる。即ち、Alがペロブスカイト型酸化物のBサイトにおいて、比較的Coに近いイオン半径を持っており、イオン半径の大きいInやYほど大きな歪みを酸化物イオンの配列に生じ難いためではないかと推測される。   The mechanism by which the above-mentioned favorable effect is obtained by the addition of Al is not clear yet. The stabilizing effect of the perovskite-type crystal structure obtained by the addition of Al is not strong, and a single addition does not produce a remarkable function. For this reason, it is considered that, conventionally, Al has not received much attention as an additive element for stabilizing the crystal structure of the perovskite-type mixed conductor containing Co as a main component. On the other hand, under the conditions where a certain degree of stabilization is obtained by In and Y, a further improvement in stability is obtained by the addition of Al, in addition to the effects already obtained by In and Y. It is presumed that this additional stability improvement helps to improve the reliability in long-term use in the middle and low temperature range. While the stability of the crystal structure can be improved even if Al is added, the reason why the characteristics do not decrease as in the case of increasing the amount of In and Y is considered as follows. That is, it is speculated that Al has an ion radius relatively close to that of Co at the B site of the perovskite oxide, and the larger distortion is more likely to occur in the arrangement of oxide ions as In and Y having a larger ion radius. Ru.

その一方で、Coを主成分とするペロブスカイト型混合伝導体で優れた空気極特性が得られるのは、この材料が高い酸化物イオン伝導性を有しているからである。これは、Coイオンが高い柔軟性を有していて、結晶内の酸素(または酸素空孔)の移動を助けているためと考えられる。これを反映し、高い空気極特性を実現するためには、BサイトにおけるCoの含有量はあるレベル以上が必要である。材料中のCo量が少なくなり過ぎると、Coを置き換えているのがInやY、或いはAlであったとしても、酸化物イオンの拡散に律速となる領域が生じ、電極特性が低下して、燃料電池の最高出力密度の低下等の問題が生じる。   On the other hand, the excellent air electrode characteristics can be obtained with a perovskite-type mixed conductor mainly composed of Co because this material has high oxide ion conductivity. It is considered that this is because Co ions have high flexibility and help the movement of oxygen (or oxygen vacancies) in the crystal. In order to reflect this and to realize high cathode characteristics, the content of Co in the B site needs to be a certain level or more. If the amount of Co in the material is too small, even if In is replaced by In, Y, or Al, a region which becomes rate-limiting for the diffusion of oxide ions is generated, and the electrode characteristics are degraded. Problems such as a decrease in the maximum power density of the fuel cell occur.

以上を踏まえて、本実施形態によるSOFC用空気極の構成1は、ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物イオン混合伝導体であって、組成が、
[Ln1-a-ba(Ba)b][BxB'yB"z(Al)w]O(3-δ) ・・・(1)
の一般式で表される磁器組成物を含有するものである。
Based on the above, Configuration 1 of the SOFC air electrode according to the present embodiment is an oxide ion mixed conductor having a perovskite crystal structure, and the composition is
[L n 1-ab A a (Ba) b ] [B x B ' y B " z (Al) w ] O (3- δ ) (1)
It contains the porcelain composition represented by the general formula of

ここで、(1)式において、Lnは、ランタノイド元素であるLa,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dyのうちから選ばれた1種又は2種以上の元素の組み合わせである。Aは、Sr,Caのうちから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせである。Bは、Co,Feから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせであって、Coのモル数が全B元素のモル数xに対して50%以上である。B'は、In,Yから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせである。B"は、Nb,Taから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせである。但し、B'がInの場合には、0.7≦b≦1.0、0.05≦y≦0.2である。B'がYの場合には、0.5≦b≦1.0、0.06≦y≦0.2である。B'がIn及びYの組み合わせである場合には、b及びyの範囲はIn及びYのうちでより多くのモル数を含有する元素に対する範囲と一致している。   Here, in the formula (1), Ln is a combination of one or more elements selected from lanthanoid elements La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, and Dy. is there. A is a combination of one or two elements selected from Sr and Ca. B is a combination of one or two elements selected from Co and Fe, and the mole number of Co is 50% or more with respect to the mole number x of all B elements. B ′ is a combination of one or two elements selected from In and Y. B ′ ′ is a combination of one or more elements selected from Nb and Ta. However, when B ′ is In, 0.7 ≦ b ≦ 1.0, 0.05 ≦ y ≦ If B ′ is Y, then 0.5 ≦ b ≦ 1.0, 0.06 ≦ y ≦ 0.2 If B ′ is a combination of In and Y The ranges of b and y correspond to the ranges for elements containing more moles of In and Y.

更に、0.8≦a+b≦1、0<x、0≦z≦0.1、0<w≦0.2、0.98≦x+y+z+w≦1.02であり、δは電荷中性条件を満たすように決定される。即ち、陽イオン(Ln,A,Ba,B,B',B",Al) の価数の和が、陰イオン(O)の価数と等しくなるように定まる値である。   Furthermore, 0.8 ≦ a + b ≦ 1, 0 <x, 0 ≦ z ≦ 0.1, 0 <w ≦ 0.2, 0.98 ≦ x + y + z + w ≦ 1.02, and δ satisfies the charge neutrality condition To be determined. That is, the sum of the valences of the cations (Ln, A, Ba, B, B ′, B ′ ′, Al) is a value determined to be equal to the valence of the anion (O).

上述のように、本実施形態における磁器組成物は、BとしてCoを主要に含有し、更にB'で表わされるIn、YとAl、また場合によってはB"で表わされるニオブ(Nb)、タンタル(Ta)を含有する。本実施形態の空気極は、Coのモル数が全B元素のモル数xに対して50%以上とすることで、特に特性が高く、またIn、YとAlが共存することによる結晶構造安定性効果を享受することができる。逆に、Coのモル数が全B元素のモル数xに対して50%よりもが少なくなると、材料中の酸化物イオンの伝導度が低下し、電極の特性も低くなる。この結果、SOFCとした場合の出力密度は、本発明で得られる値の半分以下に低下するのが一般的である。B'としては、In又はYを単独で用いても良いし、混合して用いても良い。B'の含有量は、B'がInの場合にはyとして0.05以上0.2以下の範囲である。またB'がYの場合には、yとして0.06以上0.2以下の範囲である。B'がInとYの組み合わせの場合には、yの範囲はInとYでより多くのモル数を含有する方の元素のyの範囲に従う。この範囲を超えてB'を含有すると、空気極の酸化物イオン導電性及び電子(又はホール)導電性が低下し、結果として燃料電池の出力密度が本発明で得られる値の半分以下程度に低下するなど、特性の低下が生じる。また、当該含有量が上記の範囲より少ないと、InやYの添加効果が得られ難く、ペロブスカイト型構造の安定性が不足する場合がある。Alの含有量は、wとして0.2以下の範囲である。この範囲を超えてAlを含有すると、燃料電池の出力密度が本発明で得られる値の半分以下程度に低下するなど、特性の低下が生じる。また、当該含有量は、wとして0.05以上であることが望ましい。これより含有量が少ないと、Alの添加効果が得られ難い場合がある。   As described above, the porcelain composition in the present embodiment mainly contains Co as B, and further, In, Y and Al represented by B ′, niobium (Nb) and tantalum represented by B ′ ′ in some cases. The air electrode of the present embodiment has particularly high characteristics when the mole number of Co is 50% or more with respect to the mole number x of all B elements, and In, Y and Al When the mole number of Co is less than 50% with respect to the mole number x of all B elements, conductivity of oxide ions in the material can be obtained. As a result, the power density in the case of SOFC is generally reduced to half or less of the value obtained in the present invention. Y may be used alone or in combination. When B 'is In, the content of B' is 0.05 or more and 0.2 or less as y, and when B 'is Y, y or more is 0.06 or more and 0.2 or less If B 'is a combination of In and Y, the range of y follows the range of y of the element containing more moles of In and Y. Beyond this range B' In addition, the oxide ion conductivity and the electron (or hole) conductivity of the air electrode decrease, and as a result, the output density of the fuel cell decreases to about half or less of the value obtained in the present invention. In addition, if the content is less than the above range, the effect of adding In and Y is difficult to be obtained, and the stability of the perovskite structure may be insufficient. If the content of Al exceeds this range, the fuel cell output Deterioration of the characteristics occurs such that the force density is reduced to about half or less of the value obtained in the present invention, and the content is preferably 0.05 or more as w. In some cases, it is difficult to obtain the effect of adding Al.

構成1におけるペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物イオン混合伝導体の安定性は、主にB'のIn,Yと、更にAlが共存して働くことにより、中低温域での空気極として用いるのに好適に確保されている。また、空気極としての高い特性を多少譲歩しても、より耐久性に重点を置いて用いたい場合には、追加の結晶構造安定化元素とし、B"としてNb,Taを含有することが有効である。B"の含有量は、zとして0.1以下の範囲である。この範囲を超えてB"を多く含有すると、材料中の酸化物イオン伝導度が低下し、電極の特性も低くなり、燃料電池の出力密度が本発明で得られる値の半分以下へ低下する場合がある。B"の添加効果を期待するためには、zは0.02以上であることが望ましい。   The stability of the oxide ion mixed conductor having the perovskite-type crystal structure in the constitution 1 is mainly used as an air electrode in the middle and low temperature region by the coexistence of Al and B 'of In and Y. Are well secured. In addition, even if the high characteristics of the air electrode are somewhat compromised, it is effective to contain Nb and Ta as B "as an additional crystal structure stabilizing element, when it is desired to use with emphasis on durability even if it gives some emphasis on durability. The content of B ′ ′ is in the range of 0.1 or less as z. If the content of B ′ ′ exceeds this range, the oxide ion conductivity in the material decreases and the characteristics of the electrode decrease, and the power density of the fuel cell falls to half or less of the value obtained in the present invention. In order to expect the additive effect of B ", it is desirable that z be 0.02 or more.

LnはAサイトを置換し得る3価イオンであるランタノイド元素であり、La,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dyのうちから選ばれた1種又は2種以上の元素の組み合わせである。また、AはSr,Caの2価のアルカリ土類元素であり、Baと共にAサイトを主要に構成する。構成1の空気極においては、高い特性を得るために、Aをaとし、Baをbとして、加算したa+bとして0.8以上含有する。この範囲よりもAとBaの合計含有率が低くなると、空気極を構成する混合伝導体の酸化物イオン導電性が低下して、燃料電池の出力密度が本発明で得られる値の半分以下程度に低下する。ランタノイド元素の添加により、ペロブスカイト型構造を安定化させる効果があるが、本実施形態においては当該安定性をInやY、更にAlの添加によって確保することが可能である。そのため、ランタノイド元素の含有は必ずしも必須ではない。また、構成1の空気極においては、B'元素がInとYで、よりペロブスカイト型構造を安定に保つのに好適な、Baの含有量bの範囲が異なっている。即ち、B'がInの場合にはbは0.7以上であり、B'がYの場合にはbは0.5以上である。また、B'がInとYの組み合わせの場合には、bの範囲はInとYでより多くのモル数を含有する方の元素のbの範囲に従う。Baの含有量が上記の範囲よりも少ない場合には、InやYによるペロブスカイト型構造の安定化効果は低下し、中低温域で用いる空気極として十分ではない場合がある。   Ln is a lanthanoid element which is a trivalent ion capable of substituting the A site, and one or more elements selected from La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy It is a combination. Further, A is a divalent alkaline earth element of Sr and Ca, and mainly constitutes an A site together with Ba. In the air electrode of Configuration 1, in order to obtain high characteristics, A is a and Ba is b, and 0.8 or more is added as a + b obtained by adding. When the total content of A and Ba becomes lower than this range, the oxide ion conductivity of the mixed conductor constituting the air electrode decreases, and the power density of the fuel cell is about half or less of the value obtained in the present invention To decline. The addition of the lanthanoid element has the effect of stabilizing the perovskite structure, but in the present embodiment, the stability can be secured by the addition of In, Y, or Al. Therefore, the content of the lanthanoid element is not necessarily essential. Further, in the air electrode of configuration 1, the range of the content b of Ba, which is suitable for keeping the structure of the perovskite structure stable, in which the B ′ elements are In and Y, is different. That is, when B 'is In, b is 0.7 or more, and when B' is Y, b is 0.5 or more. When B ′ is a combination of In and Y, the range of b is in accordance with the range of b of the element containing a larger number of moles of In and Y. When the content of Ba is less than the above range, the stabilizing effect of the perovskite structure by In and Y is reduced, and it may not be sufficient as an air electrode used in the middle and low temperature range.

構成1において、x+y+z+wは、Aサイトイオンの総和に対するBサイトイオンの総和の比率を表し、0.98以上1.02以下の範囲である。0.98未満の領域では、Aサイトイオンの量が多くなり過ぎて、不純物相を含んでしまい、電極特性が低下する問題が生じる。また、1.02超の領域では、Bサイトイオンの量が多くなり過ぎて、電極を形成したときの気孔率を適正に維持することが難しくなる。   In Configuration 1, x + y + z + w represents the ratio of the sum of B-site ions to the sum of A-site ions, and is in the range of 0.98 to 1.02. In the region of less than 0.98, the amount of A-site ions becomes too large to contain an impurity phase, which causes a problem of deterioration of electrode characteristics. In addition, in the region of more than 1.02, the amount of B site ions becomes too large, and it becomes difficult to properly maintain the porosity when the electrode is formed.

構成1の要諦は、優れた特性を有するCo系のペロブスカイト型混合伝導体を、中低温域でSOFCの空気極として活用可能とするために、そのペロブスカイト型結晶構造の当該使用条件での安定性向上及び高特性の確保の両立を可能とするものである。BサイトにCoを含有することは勿論、更にBサイトにIn又はYと、Alが共に特定量だけ含まれていることを特徴とする。更に、InとY夫々に適したAサイトのBa含有量等の構成を開示することで、上記の効果実現を可能とするものである。形式的に類似技術に見える先行技術のペロブスカイト型酸化物で必須とされているGa,Ti,Mn,セリウム等の含有、或いはAg等の金属粒子の共存は、本開示技術においては効果発現に不要である。また先行技術では、中低温域で使用するSOFCの空気極使用条件下で、Co系のペロブスカイト型構造を安定に保つための手段に関し、何ら議論や開示を行っておらず、これらの先行技術を利用して、本発明に想到することは困難である。   The point of the structure 1 is that the stability of the perovskite crystal structure under the conditions of use in order to make it possible to utilize the Co-based mixed-type mixed conductor having excellent properties as an air electrode of SOFC in the middle and low temperature range. It is possible to achieve both improvement and securing high characteristics. Including Co at the B site is, of course, characterized in that both In or Y and Al are contained in specific amounts in the B site. Furthermore, the above effects can be realized by disclosing the configuration such as the Ba content of A site suitable for In and Y respectively. The inclusion of Ga, Ti, Mn, cerium, etc., or the coexistence of metal particles such as Ag, which are regarded as essential in the prior art perovskite-type oxides that formally resemble similar technologies, is not necessary for the manifestation of effects in the present disclosure. It is. Also, the prior art does not discuss or disclose any means for keeping the Co-based perovskite structure stable under the conditions of use of SOFC in the air electrode of the medium-low temperature region, and these prior art It is difficult to utilize the present invention.

本実施形態では、SOFC用空気極におけるより好ましい構成2を開示する。この構成2では、上記の構成1において、BをCoに限定する。この使用元素の限定により、空気極を構成する混合伝導体の酸化物イオン導電性がより向上し、燃料電池の出力密度が向上する。   In this embodiment, the more preferable structure 2 in the air electrode for SOFC is disclosed. In this configuration 2, in the above configuration 1, B is limited to Co. Due to the limitation of the elements used, the oxide ion conductivity of the mixed conductor constituting the air electrode is further improved, and the output density of the fuel cell is improved.

本実施形態では、SOFC用空気極におけるより好ましい構成3を開示する。この構成3では、上記の構成2において、LnをLaに、AをSrに限定する。この使用元素の限定により、空気極を構成する混合伝導体の酸化物イオン導電性がさらに向上し、燃料電池の出力密度が向上する。   In the present embodiment, a more preferable configuration 3 in the air electrode for SOFC is disclosed. In this configuration 3, in the above configuration 2, Ln is limited to La and A is limited to Sr. Due to the limitation of the elements used, the oxide ion conductivity of the mixed conductor constituting the air electrode is further improved, and the output density of the fuel cell is improved.

本実施形態では、SOFC用空気極におけるより好ましい構成4を開示する。この構成4では、上記の構成3において、a+b=1に限定する、即ち、Laを含有しない範囲に限定する。Laを含有しないことにより、空気極を構成する混合伝導体の酸化物イオン導電性が向上する。通常はこの副作用として、ペロブスカイト型結晶構造の安定性が一層低下する問題を生じるが、構成1では、In,Yの効果に加え、Alを含有している。これにより、中低温でSOFCを稼働させる場合においても、高い電池出力特性と、長期の使用においても特性の劣化が生じない耐久性とを両立させることができる。   In this embodiment, the more preferable structure 4 in the air electrode for SOFC is disclosed. In this structure 4, in said structure 3, it limits to a + b = 1, ie, limits to the range which does not contain La. By not containing La, the oxide ion conductivity of the mixed conductor constituting the air electrode is improved. Usually, this side effect causes the problem that the stability of the perovskite crystal structure is further reduced, but in the configuration 1, in addition to the effects of In and Y, Al is contained. As a result, even in the case of operating the SOFC at low to medium temperatures, it is possible to achieve both high battery output characteristics and durability that does not cause deterioration of the characteristics even in long-term use.

本実施形態では、SOFC用空気極におけるより好ましい構成5及び構成6を開示する。構成5では、上記の構成4において、B'をInに限定し、yで表わすInの含有量を0.1≦y≦0.14の範囲に限定する。また、bで表わすAサイトのBaの含有量を0.85≦b≦0.95に限定する。一方、構成6では、上記の構成4において、B'をYに限定し、yで表わすYの含有量を0.08≦y≦0.15の範囲に限定する。また、bで表わすAサイトのBaの含有量を0.5≦b≦0.8に限定する。Baの含有量を当該範囲に限定することで、In又はYとAlによるペロブスカイト安定化効果を更に高めることができる。また、yの範囲をより限定することで、電池出力の向上と長期の特性安定性の両立がされ、中低温でのSOFCにより好適となる。   In this embodiment, more preferable configurations 5 and 6 in the SOFC air electrode are disclosed. In configuration 5, in the above configuration 4, B ′ is limited to In, and the content of In represented by y is limited to the range of 0.1 ≦ y ≦ 0.14. Further, the content of Ba at the A site represented by b is limited to 0.85 ≦ b ≦ 0.95. On the other hand, in the configuration 6, in the above configuration 4, B ′ is limited to Y, and the content of Y represented by y is limited to the range of 0.08 ≦ y ≦ 0.15. In addition, the content of Ba at the A site represented by b is limited to 0.5 ≦ b ≦ 0.8. By limiting the content of Ba to the above range, the perovskite stabilization effect by In or Y and Al can be further enhanced. Further, by further limiting the range of y, both the improvement of the battery output and the long-term characteristic stability can be achieved, which is more suitable for SOFC at low and middle temperatures.

本実施形態では、SOFC用空気極におけるより好ましい構成7を開示する。この構成7では、上記の構成1〜6の空気極が燃料電池に組み込まれて使用される形態として、空気極の気孔率が15%以上40%以下であることが望ましい。気孔率がこの範囲を外れると、空気との酸素の交換速度が低下して電池出力が低下したり、空気極の機械的強度が低下して燃料電池として使用する過程でクラックが発生し破壊する問題が生じる。当該気孔率は、後述する空気極の製造方法において制御可能である。空気極の気孔率は、空気極材料が単一のバルク状態である場合にはアルキメデス法等の密度測定法によって評価することが可能である。また、空気極が燃料電池スタックの一部として積層し一体形成される場合には、形成した燃料電池試料の組織を走査型電子顕微鏡等で断面組織写真を撮影し、この写真を画像処理等によって電極部分と気孔部分に分けて数値化することで、その比率から評価できる。   In this embodiment, the more preferable structure 7 in the air electrode for SOFC is disclosed. In this configuration 7, it is desirable that the porosity of the air electrode be 15% or more and 40% or less as a mode in which the air electrodes of the above-described structures 1 to 6 are incorporated into a fuel cell and used. If the porosity is out of this range, the rate of exchange of oxygen with air is reduced to lower the cell output, or the mechanical strength of the air electrode is reduced to cause cracks in the process of using as a fuel cell and break A problem arises. The porosity can be controlled in a method of manufacturing an air electrode described later. The porosity of the cathode can be evaluated by densitometry such as Archimedes when the cathode material is in a single bulk state. Further, when the air electrode is laminated and integrally formed as a part of the fuel cell stack, a cross-sectional photograph of the formed fuel cell sample is taken with a scanning electron microscope or the like, and this photograph is subjected to image processing or the like. It can evaluate from the ratio by dividing into an electrode part and a pore part and quantifying.

本実施形態では、上記の空気極の構成1〜7を適宜備えた構成8のSOFCを開示する。この構成8において、SOFCを構成するための電解質は、公知の構成及び形態のもので良く、特に制限されない。また、その構成材料についても公知の各種の固体電解質材料を好ましく用いることができる。電解質は、酸化(空気)雰囲気及び還元(燃料ガス)雰囲気の何れにおいても酸化物イオン伝導性が高く、電子やホール伝導性が低く、ガス透過性の無い緻密な層を形成できる材料から構成されることが好ましい。材料としては例えば、イットリアやスカンジアをジルコニアに分散固溶させたイットリア安定化ジルコニア(YSZ)、又はスカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)が挙げられる。また、特に中低温での使用に関しては、前述の通り、Smで置換したセリア(SDC)、Gdで置換したセリア(GDC)、ランタンガレート(LaGaO3)の一部をストロンチウム(Sr)やマグネシウム(Mg)で置換した材料(LSGM)等のセラミック材料が好ましく挙げられる。 In the present embodiment, an SOFC of a configuration 8 provided with the above-described configurations 1 to 7 of the air electrode is disclosed. In this configuration 8, the electrolyte for forming the SOFC may be of a known configuration and form, and is not particularly limited. Moreover, well-known various solid electrolyte materials can be preferably used also about the constituent material. The electrolyte is made of a material that has high oxide ion conductivity, low electron and hole conductivity, and can form a dense layer without gas permeability in any of an oxidizing (air) atmosphere and a reducing (fuel gas) atmosphere. Is preferred. Examples of the material include yttria stabilized zirconia (YSZ) in which yttria and scandia are dispersed in zirconia and solid solution, or scandia stabilized zirconia (ScSZ). In addition, particularly for middle and low temperature use, as described above, Sm-substituted ceria (SDC), Gd-substituted ceria (GDC), and lanthanum gallate (LaGaO 3 ) are partially substituted with strontium (Sr) or magnesium ( Preferred are ceramic materials such as Mg) substituted materials (LSGM).

構成8のSOFCにおいて、本実施形態による空気極と組み合わせて用いる燃料極は、公知の構成及び形態のもので良く、特に制限されない。また、その構成材料についても公知の各種の燃料極材料を好ましく用いることができる。還元雰囲気でも高耐久性であり、ガスを効率よく透過可能な多孔質体から構成されることが好ましい。例えば、NiO−YSZ、NiO−ScSZ等の、酸化ニッケルと電解質層と同じ酸化物とのサーメット(金属・セラミックス複合材料)が挙げられる。NiとYSZのサーメット(NiOは、燃料電池作動時には金属ニッケルに変化する。)は、固体電解質燃料電池の燃料極材料として一般的に用いられているが、中低温用途ではNiとSDCのサーメットも好ましく用いられる。   In the SOFC of configuration 8, the fuel electrode used in combination with the air electrode according to the present embodiment may be of a known configuration and form, and is not particularly limited. Moreover, various well-known fuel electrode materials can be preferably used also about the constituent material. It is preferable to be made of a porous body that is highly durable even in a reducing atmosphere and that can efficiently transmit gas. For example, a cermet (metal / ceramic composite material) of nickel oxide and the same oxide as the electrolyte layer, such as NiO-YSZ, NiO-ScSZ, etc. may be mentioned. Ni and YSZ cermets (NiO changes to metallic nickel during fuel cell operation) are commonly used as fuel electrode materials for solid electrolyte fuel cells, but Ni and SDC cermets are also used in medium and low temperature applications It is preferably used.

本実施形態では、SOFCにおける更に好ましい構成9を開示する。この構成9のSOFCでは、上記の構成8について、中低温域である500℃以上750℃以下の温度で作動する。この中低温域において、長期の使用でも安定した優れたSOFC特性を発揮することができる。   In this embodiment, a further preferable configuration 9 in SOFC is disclosed. In the SOFC of this configuration 9, the above-mentioned configuration 8 operates at a temperature of 500 ° C. or higher, which is the middle low temperature range, to 750 ° C. or lower. In this middle and low temperature region, stable and excellent SOFC characteristics can be exhibited even in long-term use.

なお、本発明を適用する燃料電池セルとしては、上記の構成に限られず一般的なSOFCに適用可能な公知の構成を特に制限なく適宜選択して用いることができる。また、SOFCに適用可能なこれら以外の他の構成、例えば、空気極と電解質との間に配置される空気極中間層や、燃料極と電解質との間に配置される燃料極中間層を備えていても良い。特に固体電解質層としてYSZを用いる場合には、空気極中間層としてSDC層やGDC層を1μm程度の厚みで形成しておくと、電解質と空気極との界面における好ましくない反応物の生成を抑制することができ、好適である。   The fuel cell to which the present invention is applied is not limited to the above-described configuration, and a known configuration applicable to a general SOFC can be appropriately selected and used without particular limitation. In addition, other configurations applicable to SOFC, for example, an air electrode intermediate layer disposed between the air electrode and the electrolyte, and a fuel electrode intermediate layer disposed between the fuel electrode and the electrolyte May be In particular, when YSZ is used as the solid electrolyte layer, if the SDC layer or the GDC layer is formed with a thickness of about 1 μm as the air electrode intermediate layer, the formation of undesirable reactants at the interface between the electrolyte and the air electrode is suppressed. Can be preferred.

〔SOFC用空気極の具体的な製造方法〕
本実施形態では、SOFC用空気極の製造方法として構成10を開示する。
構成10におけるSOFC空気極の原料粉は、例えば以下のようにして製造される。先ず、製造対象である空気極の含むペロブスカイト型混合伝導体酸化物の構成元素Ln,A,B,B',B",Alを含有する、化合物の粉末を用意する。各化合物粉末を所定の配合割合で混合する。この混合物を酸化性雰囲気(例えば大気中)又は不活性ガス雰囲気下で焼成することにより、所望の組成を有するペロブスカイト型酸化物の単一相から構成される原料粉を作製する。ここで、上記化合物粉末としては、かかるペロブスカイト型酸化物を構成する上記各金属原子を含む酸化物、或いは加熱により酸化物となり得る化合物(当該金属原子の炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、ハロゲン化物、水酸化物、オキシハロゲン化物等)を用いることができる。
[Specific production method of air electrode for SOFC]
In the present embodiment, configuration 10 is disclosed as a method of manufacturing an air electrode for SOFC.
The raw material powder | flour of the SOFC air electrode in the structure 10 is manufactured as follows, for example. First, a powder of a compound containing constituent elements Ln, A, B, B ′, B ′ ′, and Al of the perovskite-type mixed conductor oxide contained in the air electrode to be manufactured is prepared. The mixture is mixed at a mixing ratio, and the mixture is fired in an oxidizing atmosphere (for example, in the atmosphere) or in an inert gas atmosphere to produce a raw material powder composed of a single phase of a perovskite oxide having a desired composition. Here, as the above-mentioned compound powder, an oxide containing the above-mentioned respective metal atoms constituting such a perovskite type oxide, or a compound which can be an oxide by heating (carbonates of the metal atoms, nitrates, sulfates, phosphorus Acid salts, acetates, oxalates, halides, hydroxides, oxyhalides, etc.) can be used.

特に構成10では、安価で取り扱いも容易であり、組成を正確に合成し易い原料として、Ln,B,B',B",AlについてはLn23,CoO,Co23,Co34,Fe23,F34,Nb25,Ta25,Al23等の酸化物粉末、AについてはBaCO3,SrCO3,CaCO3等の炭酸塩粉末を、好ましい原料とする。上記の各化合物粉末の平均粒径は、例えば0.5μm〜3μm程度が好ましい。ここで平均粒径とは、原料粉末の粒度分布におけるD50(メジアン径)をいう。 In particular, Ln, B, B ′, B ′ ′ and Al are Ln 2 O 3 , CoO, Co 2 O 3 , and Co 3 as raw materials that are inexpensive and easy to handle and that the composition can be easily synthesized accurately in configuration 10 Oxide powder such as O 4 , Fe 2 O 3 , F 3 O 4 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 etc. For A, carbonate powder such as BaCO 3 , SrCO 3 , CaCO 3 etc. The average particle diameter of each compound powder is preferably, for example, about 0.5 μm to 3 μm, where the average particle diameter means D50 (median diameter) in the particle size distribution of the raw material powder.

上記の焼成は、1回で行うことも可能であるが、より好ましくは複数回に分けて行い、間に乳鉢、乾式ボールミル、湿式ボールミル、ジェットミルなどによる粉砕過程を挿入する。この粉砕過程を焼成過程の間に挿入することにより、均質で良好な特性の原料粉を得ることが可能となる。焼成を例えば仮焼成、本焼成の2回に分け、仮焼成は本焼成よりも100℃〜300℃程度だけ低温で行うことが好ましい。   The above-mentioned calcination can be carried out only once, but more preferably it is divided into a plurality of times, and a grinding process by a mortar, a dry ball mill, a wet ball mill, a jet mill or the like is inserted. By inserting this pulverization process during the calcination process, it is possible to obtain a raw material powder of uniform and good characteristics. For example, it is preferable that the firing be divided into two steps of temporary firing and main firing, and the temporary firing be performed at a temperature lower by about 100 ° C. to 300 ° C. than the main firing.

本実施形態では、空気極をSOFCの部材として形成するまでの過程において、焼結熱履歴として経験する熱処理の最高温度が1150℃以上1200℃以下の温度であることが好ましい。この1150℃よりも低温しか経験していないと、ペロブスカイト相の形成が不十分な場合が生じる。ペロブスカイト相の形成が不十分であると、燃料電池の使用過程における特性劣化の原因となる。1200℃を超えた温度で熱処理をすると、ペロブスカイトの成分の揮発や分相に伴う電極特性の劣化が生じ得る。   In the present embodiment, in the process of forming the air electrode as a member of SOFC, the maximum temperature of heat treatment experienced as a sintering heat history is preferably a temperature of 1150 ° C. or more and 1200 ° C. or less. If the temperature is lower than 1150 ° C., the formation of the perovskite phase may be insufficient. Insufficient formation of the perovskite phase causes deterioration of the characteristics during use of the fuel cell. When the heat treatment is performed at a temperature exceeding 1200 ° C., the electrode characteristics may be degraded due to the volatilization of the components of the perovskite and the phase separation.

ここで、上記の構成10について、当該原料粉を用いて空気極を形成する際の焼成温度が、上記の好ましい最高温度である1150℃以上1200℃以下の範囲よりも低温となる場合もある。このような場合には、原料粉の製造過程の本焼成を1150℃以上1200℃以下で行うことが好ましい。   Here, with regard to the above-described configuration 10, the firing temperature when forming the air electrode using the raw material powder may be lower than the preferable maximum temperature of 1150 ° C. or more and 1200 ° C. or less. In such a case, it is preferable to carry out main firing in the production process of the raw material powder at 1150 ° C. or more and 1200 ° C. or less.

本実施形態では、SOFC用空気極の製造方法における好ましい構成11を開示する。この構成11では、上記の構成9について、ペロブスカイト単一相が得られた焼成粉を、セラミックスのボールを用いて粉砕を行い、D50(メジアン径)で記述される平均粒径が0.5μm以上3μm以下とした後、空気極の形成に供することが好ましい。これによって、十分な強度の空気極を得ること可能となる。粉砕に用いるセラミックスのボールは、粉砕に伴う不純物の混入を避けるため、ジルコニアのボールを用いることが好ましい。   In the present embodiment, a preferred configuration 11 in a method of manufacturing an air electrode for SOFC is disclosed. In this configuration 11, the fired powder from which the perovskite single phase is obtained is pulverized using balls of the ceramic according to the above configuration 9, and the average particle diameter described by D50 (median diameter) is 0.5 μm or more It is preferable to use for formation of an air electrode, after setting it as 3 micrometers or less. This makes it possible to obtain an air electrode of sufficient strength. It is preferable to use a zirconia ball as the ceramic ball used for the pulverization in order to avoid mixing of impurities accompanying the pulverization.

既述の通り、本実施形態による空気極については、好ましい気孔率の範囲がある。また一般に、燃料極も空気極と同様に適度な気孔率を有することが望ましい。気孔率は、例えば空気極を焼成するときの焼成温度や焼成時間で制御可能であるが、焼成時に空気極に気孔形成材を混合することでも制御することができる。気孔形成材は、空気極の形成時に揮発するものであれば良く、例えばグラファイト等の炭素材料の粉末や、ポリビニルアルコール等の樹脂の粉末であっても良い。但し、当該気孔形成材を用いる場合には、空気極の形成過程において、気孔形成材が揮発するように、十分な熱処理時間を取る等の配慮が必要である。   As described above, there is a preferred range of porosity for the air electrode according to the present embodiment. Also, in general, it is desirable that the fuel electrode also have an appropriate porosity as with the air electrode. The porosity can be controlled, for example, by the firing temperature or firing time when firing the air electrode, but can also be controlled by mixing a pore-forming material with the air electrode at the time of firing. The pore-forming material may be one that volatilizes at the time of formation of the air electrode, and may be, for example, a powder of a carbon material such as graphite or a powder of a resin such as polyvinyl alcohol. However, when the pore-forming material is used, it is necessary to take sufficient heat treatment time or the like so that the pore-forming material is volatilized in the process of forming the air electrode.

燃料電池の構造(セルスタック構造)にはいくつかの種類がある。具体的には、セルスタックの強度を主にどの部位に持たせるかに注目した分類として、固体電解質自立膜方式、空気極支持方式、燃料極支持方式、支持体支持方式等がある。また、セルの積層構造の形状に注目した分類として、円筒型と平板型、更にはその中間の平板円筒型等がある。本実施形態による空気極は、これら何れのセルスタック積層構造においても、良好に用いることができる。   There are several types of fuel cell structures (cell stack structures). Specifically, there are a solid electrolyte self-supporting membrane method, an air electrode supporting method, a fuel electrode supporting method, a support supporting method and the like as a classification focusing mainly on which part the strength of the cell stack is given. Further, as a classification focusing on the shape of the laminated structure of cells, there are a cylindrical type, a flat type, and a flat cylindrical type in between. The air electrode according to the present embodiment can be favorably used in any of these cell stacks.

燃料電池の製造方法として、以下においては、NiO−SDCサーメットの燃料極支持方式を例に採って、セルスタックの製造方法を例示するが、本実施形態の空気極を用いた燃料電池の製造方法は、以下の方法に限定されるものではない。母材となる燃料極NiO−SDCサーメットは、例えば原料となる酸化ニッケル粉末とSDC粉末、更には必要に応じで気孔形成材を混合した混合材に、メチルセルロースやポリビニルアルコール等の成形剤を加えてプレス成形する。或いは、この混合材を粘土状にして、押し出し成形する。或いは、混合材をスラリーにし、ドクターブレード法などテープキャスト法によって平板状にシート成型する。そして、得られた成形材を1300℃〜1450℃程度で焼結して多孔質の燃料極を形成する。ここで、気孔形成材の有無や添加量、プレスや押し出しの圧力の強さ、ドクターブレードのシート成型条件、焼結温度と時間等の製造条件は、形成された多孔質燃料極が燃料ガスを容易に通過できる程度の気孔率を有するように設定する。通常、当該気孔率は15%〜40%に調整される。   As a method of manufacturing a fuel cell, in the following, a method of manufacturing a cell stack will be illustrated by taking an anode supporting method of NiO-SDC cermet as an example, but a method of manufacturing a fuel cell using the air electrode of this embodiment Is not limited to the following method. The fuel electrode NiO-SDC cermet as the base material is prepared, for example, by adding a forming agent such as methyl cellulose or polyvinyl alcohol to a mixture of nickel oxide powder and SDC powder as a raw material, and optionally a pore forming material. Press forming. Alternatively, the mixture is clay-like and extruded. Alternatively, the mixed material is made into a slurry and sheet-formed into a flat plate by a tape casting method such as a doctor blade method. Then, the obtained molding material is sintered at about 1300 ° C. to 1450 ° C. to form a porous fuel electrode. Here, the production conditions such as the presence or absence of the pore forming material, the addition amount, the strength of the pressure of pressing and extrusion, the sheet forming condition of the doctor blade, the sintering temperature and time, the formed porous fuel electrode It is set to have a porosity that allows easy passage. Usually, the porosity is adjusted to 15% to 40%.

続いて、得られた燃料極上に、燃料極中間層、固体電解質、空気極中間層、空気極等を順に成膜する。当該成膜には、スラリーコート法、塗布熱分解法、スラリー噴霧分解法、ゾルゲル法、ディッピング法(ディップコート法)、スピンコート法、テープキャスト法、スクリーンプリント法、化学気相蒸着法(CVD)、物理気相蒸着法(PVD)、電気泳動法(EPD)、電気化学蒸着法(EVD)、EVD−CVD法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマ溶射法、大気プラズマ溶射法、減圧溶射法等、既知又は新規の成膜法を利用して良い。或いは、未焼成の燃料極にテープキャスト法で作製した未焼成膜を取り付けたり、燃料極のプレス成型時点で電解質層の原料を層状に充填して一体成型し、これらを同時に焼成する共焼結法等で成膜しても良い。   Subsequently, on the obtained fuel electrode, a fuel electrode intermediate layer, a solid electrolyte, an air electrode intermediate layer, an air electrode, and the like are sequentially deposited. For the film formation, a slurry coating method, a coating thermal decomposition method, a slurry spray decomposition method, a sol gel method, a dipping method (dip coating method), a spin coating method, a tape casting method, a screen printing method, a chemical vapor deposition method (CVD Physical vapor deposition (PVD), electrophoresis (EPD), electrochemical deposition (EVD), EVD-CVD, vacuum deposition, ion plating, sputtering, laser ablation, plasma spraying A known or new film forming method such as an atmospheric plasma spraying method or a low pressure spraying method may be used. Alternatively, an unsintered film prepared by a tape casting method is attached to an unsintered fuel electrode, or the raw material of the electrolyte layer is filled in layers at the time of press forming of the fuel electrode and integrally molded, co-sintering these simultaneously The film may be formed by a method or the like.

一例として、スラリーコート法により成膜する場合には、例えば先ず燃料極を作製し、燃料中間層の原料をスラリー化し、このスラリーを基板となる燃料極に塗布して焼成を行う。更に同様の方法で順次、固体電解質、空気極中間層、空気極をそれぞれ、原料のスラリー化、塗布、焼成を繰り返して重ねて成膜してゆく。スラリーコート法は、物理蒸着法、化学蒸着法、電気化学蒸着法、溶射法等と比較して、大掛かりな設備を必要とせず安価であり、しかもスラリーの濃度やスラリーの塗布及び焼成の回数を調整することで簡単に膜厚の制御を行うことができる利点がある。スラリーを得るための原料の粉末は、既述の空気極の原料粉と同様の方法で合成しても良いし、市販の粉末が入手できる場合にはこれを用いても良い。但し該粉末の粒径については注意が必要である。一般にスラリー化する粉末の粒径としては、例えば0.1μm〜5μm程度の範囲であることが好ましく、また緻密膜を得るために理論的には充填率が高いものが理想的であるから、ある程度小さな粒子と大きな粒子が混合しているものが好ましい。従って例えば、電解質層原料の粉体については、平均粒径0.4μm程度の粒子と平均粒径2μm程度の粒子とが体積比で9:1となるようにする。また、中間層原料の粉体については、平均粒径が0.7μm程度となるようにする。また、空気極の原料粉体については、平均粒径が0.9μm程度となるようにする。成膜用の原料粉をスラリー化するために用いる溶媒は、特に限定されるものではない。例えば、水又は有機溶媒(例えばトルエン、イソプロパノール等)の何れを選択して良い。特に有機溶媒の利用は、成膜後の溶媒除去が容易であるために好ましい。また、有機溶媒を用いる場合に、結合剤、消泡剤、分散剤等の添加剤を加えても良い。また、水を溶媒として用いる場合にも、結合剤、消泡剤、分散剤、増粘剤等の添加剤を加えても良い。   As an example, in the case of forming a film by a slurry coating method, for example, first, a fuel electrode is prepared, the raw material of the fuel intermediate layer is made into a slurry, and this slurry is applied to a fuel electrode as a substrate and baked. Furthermore, in the same manner, the solid electrolyte, the air electrode intermediate layer, and the air electrode are sequentially formed into a film by repeatedly slurrying, applying and baking the raw materials. The slurry coating method is less expensive than the physical vapor deposition method, the chemical vapor deposition method, the electrochemical vapor deposition method, the thermal spraying method, etc. because it does not require large-scale equipment, and moreover the concentration of the slurry and the number of times of application and firing of the slurry There is an advantage that the film thickness can be easily controlled by adjusting. The powder of the raw material for obtaining the slurry may be synthesized by the same method as the above-mentioned raw material powder of the air electrode, or may be used when a commercially available powder is available. However, caution is required for the particle size of the powder. In general, the particle size of the powder to be slurried is preferably in the range of, for example, about 0.1 μm to 5 μm, and since the theoretically high packing ratio is ideal in order to obtain a dense film, it is to some extent Preferably, small particles and large particles are mixed. Therefore, for example, for the powder of the electrolyte layer material, the volume ratio of particles having an average particle diameter of about 0.4 μm and particles having an average particle diameter of about 2 μm is set to 9: 1. In addition, for the powder of the intermediate layer material, the average particle diameter is made to be about 0.7 μm. Further, for the raw material powder of the air electrode, the average particle diameter is made to be about 0.9 μm. The solvent used to slurry the raw material powder for film formation is not particularly limited. For example, either water or an organic solvent (eg, toluene, isopropanol, etc.) may be selected. In particular, utilization of an organic solvent is preferable because removal of the solvent after film formation is easy. Moreover, when using an organic solvent, you may add additives, such as a binder, an antifoamer, and a dispersing agent. Moreover, when using water as a solvent, you may add additives, such as a binder, an antifoamer, a dispersing agent, and a thickener.

各層の焼成温度は、高温であるほど一般に緻密な膜が得られるが、過度の高温で処理すると燃料極をはじめとする構成層の気孔率等が変化したり、構成相が変化してしまって、燃料電池として機能が低下する場合があるので注意が必要である。固体電解質層は1300℃〜1400℃程度、中間層は1000℃〜1250℃程度、空気極は950℃〜1050℃程度で焼成することが好ましい。特に、本実施形態による空気極については、前述したように、空気極の気孔率が5%以上40%以下となるよう焼成条件と温度を選択することが重要である。また、空気極が経験する最高温度が、1150℃以上1200℃以下の範囲であるように、空気極焼成以降の熱処理に条件についても配慮が必要である。焼成時間は1時間〜10時間程度、好ましくは1時間〜3時間程度、昇温及び降温速度は100℃〜250℃/時間程度、好ましくは200℃/時間程度とする。   Generally, the denser the film, the higher the baking temperature of each layer, the more dense the film obtained. However, if the treatment is performed at an excessively high temperature, the porosity and the like of the component layers including the fuel electrode may change, or the component phase may change. Care must be taken because the function as a fuel cell may deteriorate. The solid electrolyte layer is preferably fired at about 1300 ° C. to about 1400 ° C., the intermediate layer at about 1000 ° C. to about 1250 ° C., and the air electrode at about 950 ° C. to about 1050 ° C. In particular, for the air electrode according to the present embodiment, as described above, it is important to select the firing conditions and temperature so that the porosity of the air electrode is 5% or more and 40% or less. Further, as to the maximum temperature experienced by the air electrode is in the range of 1150 ° C. or more and 1200 ° C. or less, consideration must be given to the heat treatment after the air electrode baking. The baking time is about 1 hour to 10 hours, preferably about 1 hour to 3 hours, and the temperature raising and lowering rate is about 100 ° C. to 250 ° C./hour, preferably about 200 ° C./hour.

このようにして得られた燃料電池を動作させる場合、当該動作が良好であるか否かの定義は一般には一概には決められない。しかし本実施形態においては、単一セルを形成し、外部負荷を変化させて測定した電流―電圧特性から算出される最大出力密度を目安として、良好なる動作の範囲を規定する。即ち、空気極側に空気を、燃料極側に3%加湿水素を供給した条件で、中低温域として600℃においては1000W/cm2以上、500℃においては500W/cm2以上の出力密度が得られた場合に、燃料電池が特に優れた特性を示しており、当該出力密度の70%以上が達成されている場合を、良好な特性を示していると定義する。長期間使用後の耐久性として、本実施形態においては、一年以上の使用に対応する、一万時間の中低温経験後の特性の維持程度を目安とする。 When the fuel cell obtained in this manner is operated, the definition of whether the operation is good or not can not generally be determined. However, in the present embodiment, a single cell is formed, and the range of good operation is defined with reference to the maximum output density calculated from the current-voltage characteristics measured by changing the external load. That is, the air to the air electrode side, under the condition of supplying 3% humidified hydrogen to the fuel electrode side, in the 600 ° C. as the middle low temperature region 1000W / cm 2 or more, 500 W / cm 2 or more power density at 500 ° C. When obtained, the fuel cell shows particularly excellent characteristics, and a case where 70% or more of the power density is achieved is defined as showing good characteristics. As the durability after long-term use, in the present embodiment, the degree of maintenance of characteristics after 10,000 hours of low-temperature experience corresponding to use for one year or more is taken as a standard.

以上説明したように、本実施形態によれば、SOFCの中低温域の使用環境下で優れた特性を発揮し、中低温域の使用あっても高い燃料電池特性(例えば最高出力密度)を得ることができ、当該使用環境下であってもペロブスカイト型結晶構造として高い安定性を示し、長期間安定して特性を発揮することを可能とする、信頼性の高いSOFC用空気極が実現する。   As described above, according to the present embodiment, the SOFC exhibits excellent characteristics under the use environment in the middle and low temperature range, and high fuel cell characteristics (for example, maximum power density) are obtained even when the medium and low temperature range is used. Thus, a highly reliable SOFC air electrode is realized which exhibits high stability as a perovskite crystal structure even under the use environment, and can exhibit characteristics stably for a long period of time.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

<ペロブスカイト相の作製と耐久性の加速試験>
Ln,Ba,Sr,Ca,Co,Fe,In,Y,Nb,Ta及びAlの原料として、各々、粉状のLn23,BaCO3,SrCO3,CaCO3,Co34,Fe23,In23,Y23,Nb25,Ta25及びAl23を用いた。また、比較例で用いるCeの原料としては粉状のCeO2、Mnの原料としては粉状のMnOとした。各元素が所定のモル比となるように、上記の原料を秤量して、エチルアルコール(分散媒)に加え、ボールミルにより粉砕しながら湿式混合することにより、スラリーを得た。このスラリーから、ロータリーエバポレータにて固形分を分離し、約120℃で1時間乾燥した。次に、得られた乾固物を解砕後、MgOセラミック製の角さや容器に入れ、電気炉にて大気中900℃で5時間焼成し、多孔質塊状の焼成物を得た。焼成物を解砕後、自動乳鉢により乾式粉砕し、再びMgOセラミック製の角さや容器に入れ、電気炉にて大気中にて所定の温度で5時間焼成して、酸化物粉を得た。この焼成温度が、本試験における最高熱処理温度となる。得られた酸化物の粉を、ジルコニアボールを用い、エタノール溶媒中でボールミル粉砕した。粉砕粉の平均粒径D50を、レーザ散乱法による粒度分布径により測定した。得られた酸化物粉砕粉の構成相を、Cuを線源とするX線回折装置を用い、粉末X線回折法による定性解析を行った。この結果、ペロブスカイト相以外の相のピークが全く現れていないか、現れていたとしてもその最強ピークの積分強度が、ペロブスカイト相のメインピーク(110ピーク)の積分強度の1%以下である場合には、ペロブスカイト相の形成が良好と判断した。一方、最強ピークの積分強度が、ペロブスカイト相のメインピークの積分強度の1%以下である場合には、ペロブスカイト相の形成が不良と判断した。
<Preparation of Perovskite Phase and Accelerated Test of Durability>
Powdered Ln 2 O 3 , BaCO 3 , SrCO 3 , CaCO 3 , Co 3 O 4 , Fe as raw materials of Ln, Ba, Sr, Ca, Co, Fe, In, Y, Nb, Ta and Al 2 O 3 , In 2 O 3 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and Al 2 O 3 were used. Further, powdery CeO 2 was used as a raw material of Ce used in the comparative example, and powdery MnO was used as a raw material of Mn. The above raw materials were weighed so that each element had a predetermined molar ratio, added to ethyl alcohol (dispersion medium), and wet mixed while being ground by a ball mill to obtain a slurry. The solids were separated from the slurry on a rotary evaporator and dried at about 120 ° C. for 1 hour. Next, the obtained dried product was crushed, placed in a square ceramic container made of MgO ceramic, and fired in an electric furnace at 900 ° C. in the atmosphere for 5 hours to obtain a porous lump-shaped fired product. The fired product was crushed, then dry-pulverized using an automatic mortar, placed again in a square ceramic container made of MgO ceramic, and fired at a predetermined temperature for 5 hours in the air in an electric furnace to obtain an oxide powder. This firing temperature is the maximum heat treatment temperature in this test. The obtained oxide powder was ball milled in ethanol solvent using zirconia balls. The average particle size D50 of the pulverized powder was measured by the particle size distribution diameter by a laser scattering method. Qualitative analysis was conducted by powder X-ray diffraction using an X-ray diffractometer using a Cu-based radiation source as a constituent phase of the obtained oxide pulverized powder. As a result, no peak of any phase other than the perovskite phase appears or, if it appears, the integrated intensity of the strongest peak is 1% or less of the integrated intensity of the main peak (110 peak) of the perovskite phase. It was judged that the formation of the perovskite phase was good. On the other hand, when the integrated intensity of the strongest peak was 1% or less of the integrated intensity of the main peak of the perovskite phase, it was judged that the formation of the perovskite phase was poor.

得られた試料について、耐久性の加速試験を行った。得られた酸化物粉をアルミナ製のボートに入れ、雰囲気焼成が可能な電気炉にて600℃で100時間、2気圧に加圧した酸素雰囲気中で熱処理を行った。熱処理後の酸化物粉の構成相を、粉末X線回折法による定性解析にて評価した。ペロブスカイト相のメインピーク(110ピーク)と、酸素雰囲気焼成によって現れた六方晶など不純物相の回折ピークの中でペロブスカイト相の回折ピークと重ならない最強ピークの積分強度とをそれぞれ求めた。不純物相の最強ピークは、回折角度2θで20°以上35°以下の範囲に存在した。六方晶最強ピークの、ペロブスカイト相メインピークに対する相対強度が、1%未満の場合を◎、1%以上5%未満の場合を○、5%以上10%未満の場合を△、10%以上の場合を×として耐久性を評価した。   The obtained samples were subjected to an accelerated durability test. The obtained oxide powder was placed in a boat made of alumina, and heat treatment was performed in an oxygen atmosphere pressurized at 2 atm for 100 hours at 600 ° C. in an electric furnace capable of atmospheric firing. The constituent phase of the oxide powder after heat treatment was evaluated by qualitative analysis by powder X-ray diffraction method. Among the diffraction peaks of the main phase (110 peak) of the perovskite phase and the diffraction phase of the impurity phase such as a hexagonal crystal which appeared by baking in an oxygen atmosphere, the integral intensity of the strongest peak not overlapping with the diffraction peak of the perovskite phase was determined. The strongest peak of the impurity phase was in the range of 20 ° to 35 ° at the diffraction angle 2θ. The relative strength of the hexagonal peak with respect to the perovskite phase main peak is ◎ when it is less than 1%, ○ when it is more than 1% and less than 5%, △ when it is more than 5% and less than 10%, and it is more than 10% The durability was evaluated as x.

この耐久性評価は、酸素分圧を通常大気の約10倍である2気圧に加圧することで、通常大気中熱処理に対する10倍の加速耐久試験になると期待される。即ち、使用温度である中温度の600℃で100時間酸素雰囲気中におくことで、通常の気圧下で、600℃の1000時間運転後に、ペロブスカイト相のメインピークがどの程度減少するかをシミュレートすることで、それぞれの空気極の組成の耐久性を知ることができる。   This durability evaluation is expected to be a 10-fold accelerated durability test for heat treatment in the normal atmosphere by pressurizing the oxygen partial pressure to 2 atm, which is about 10 times that in the normal atmosphere. That is, by keeping the medium temperature of 600 ° C. for 100 hours in an oxygen atmosphere at the operating temperature, it is simulated how much the main peak of the perovskite phase decreases after 1000 hours of operation at 600 ° C. under normal pressure. By doing this, it is possible to know the durability of the composition of each cathode.

<空気極性能試験−1>
空気極の性能試験は、燃料極/電解質/空気極の燃料極支持型三層セルを作製して行った。燃料極はNiとSDC(Ce:0.8,Sm:0.2,O:1.9)の60:40重量%サーメットで、厚み0.7mm程度、気孔率40%程度とし、電解質は厚さ20μm程度のSDCとし、空気極の厚みは20μm程度とした。燃料電池セルは、下記の方法で作製した。先ず、酸化ニッケル粉末、SDC粉末、ポリビニルアルコール粉末の54:36:10重量%混合粉を、30mmφの成型用型に充填して一軸成型した。更に、当該成型体上にSDC粉末を充填し、再度一軸成型した。この成型体を1350℃で5時間焼成した。得られた焼成体の表面に、空気極を形成した。原料粉として、上記の「ペロブスカイト相の作製と耐久性の加速試験」で作製し、耐久性の加速試験を行う前の酸化物粉末を用いた。この空気極用酸化物粉末をボールミル粉砕によって平均粒径D50を調整し、イソプロパノールに分散させてスラリーコート用のスラリーを作製した。この酸化物粉末含有スラリーを、焼結体の表面にスラリーコートした。スラリーコートした空気極を空気中で焼き付けた。得られた空気極の気孔率は、後述する燃料電池特性測定試験の後、試料を切断して走査型電子顕微鏡にて断面の組織写真を撮影して求めた。この断面組織写真における気孔部分の面積割合を算出し、当該面積割合の3/2乗の値を求めて気孔率とした。
<Air electrode performance test-1>
The performance test of the air electrode was conducted by preparing a fuel electrode supported type three-layer cell of a fuel electrode / electrolyte / air electrode. The fuel electrode is a 60:40 wt% cermet of Ni and SDC (Ce: 0.8, Sm: 0.2, O: 1.9), the thickness is about 0.7 mm, the porosity is about 40%, and the electrolyte is thick The thickness of the air electrode was set to about 20 μm. The fuel cell was produced by the following method. First, 54: 36: 10% by weight mixed powder of nickel oxide powder, SDC powder, and polyvinyl alcohol powder was filled in a 30 mmφ molding die and uniaxially molded. Furthermore, SDC powder was filled on the molded body and uniaxially molded again. The molded body was fired at 1350 ° C. for 5 hours. An air electrode was formed on the surface of the obtained sintered body. As the raw material powder, an oxide powder which was prepared by the above-mentioned "Perovskite phase preparation and durability accelerated test" and used before the durability accelerated test was used. The oxide powder for air electrode was adjusted to an average particle diameter D50 by ball milling and dispersed in isopropanol to prepare a slurry for slurry coating. The oxide powder-containing slurry was slurry coated on the surface of the sintered body. The slurry coated air electrode was baked in the air. The porosity of the obtained air electrode was obtained by cutting a sample and taking a photograph of a cross-sectional structure with a scanning electron microscope after a fuel cell characteristic measurement test to be described later. The area ratio of the pore portion in this cross-sectional structure photograph was calculated, and the value of the 3/2 power of the area ratio was determined as the porosity.

得られたセルの燃料極側に水素を、空気極側に空気を供給し、600℃にて電流を変化させたときの電圧の変化を測定し、初期の最大出力密度を測定した。発電試験の後、燃料電池セルを回収し大気中600℃で10000時間の熱処理を行った。この熱処理後の燃料電池セルを再び600℃にて同様の燃料電池性能評価を行い、熱処理後の最大出力密度を測定した。最大出力密度が1000mW以上である場合を◎、700mW以上1000mW未満の場合を○、500mW以上700mW未満の場合を△、500mW未満の場合を×と評価した。   Hydrogen was supplied to the fuel electrode side of the obtained cell and air was supplied to the air electrode side, and the change in voltage when changing the current at 600 ° C. was measured to measure the initial maximum power density. After the power generation test, the fuel cell was recovered and subjected to heat treatment at 600 ° C. in the atmosphere for 10000 hours. The fuel cell after the heat treatment was subjected to the same fuel cell performance evaluation at 600 ° C. again to measure the maximum power density after the heat treatment. The case where the maximum power density was 1000 mW or more was evaluated as ◎, the case of 700 mW or more and less than 1000 mW as ○, the case of 500 mW or more and less than 700 mW as Δ, and the case less than 500 mW as x.

各試料を実施例1〜21及び比較例1〜9として、その組成等を図1の表に、耐久性の加速試験の評価結果及び空気極性能試験の評価結果等を図2の表にそれぞれ示す。
図1に示すように、実施例1〜3は、本実施形態の構成1〜5が規定する組成範囲を満たしている。実施例4〜6は、構成1〜4,6が規定する組成範囲を満たしている。実施例7〜10は構成1〜4の、実施例11〜13は構成1〜3の、実施例14〜17は構成1,2の、実施例18〜21は構成1の規定する組成範囲をそれぞれ満たしている。
The samples are given as Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 9 and their compositions etc. are shown in the table of FIG. 1, the evaluation results of the accelerated durability test and the evaluation results of the cathode performance test etc. in the table of FIG. Show.
As shown in FIG. 1, Examples 1 to 3 satisfy the composition range defined by Configurations 1 to 5 of the present embodiment. Examples 4-6 satisfy the composition range which the structures 1-4 and 6 prescribe. The composition ranges defined in Examples 7 to 10 are Configurations 1 to 4, Examples 11 to 13 are Configurations 1 to 3, Examples 14 to 17 are Configurations 1 and 2, and Examples 18 to 21 are Configuration 1 Each meets.

図2に示すように、本発明の範囲内の試料は、ペロブスカイト相の形成が良好であると共に、耐久性も◎または○であり、中低温域におけるペロブスカイト相の安定性に優れている。更に、本発明の範囲内のセルは、初期と熱処理後の性能の判定結果に×は無く、良好な初期特性と耐久性が両立されている。但し実施例20は、実施例19に対して、Alの量wを本発明の望ましい添加量の下限である0.05よりも少ない、0.03としている。このため、実施例20においては、熱処理後の最大出力密度が本発明の許容範囲の下限値の500mWとなっている。また、本発明においては、前述のようにB"としてNbやTaを含有することで、空気極の耐久性を高めることができる。B"を含有する実施例7,8,15,18,21は、いずれもX線による耐久性判定が◎である。一方、B"を許容量の上限であるz=0.1を含有している実施例21においては、初期特性判定が△であり、安定性、耐久性と引き換えに、電池の出力特性が少し低くなっている。   As shown in FIG. 2, the sample within the scope of the present invention has good formation of the perovskite phase, is also ◎ or 耐久 in durability, and is excellent in stability of the perovskite phase in the middle and low temperature range. Furthermore, in the cell within the scope of the present invention, there is no cross in the judgment result of the performance in the initial stage and after the heat treatment, and good initial characteristics and durability are compatible. However, in Example 20, the amount w of Al is set to 0.03, which is less than 0.05, which is the lower limit of the desirable addition amount of the present invention, relative to Example 19. For this reason, in Example 20, the maximum power density after heat treatment is 500 mW which is the lower limit value of the allowable range of the present invention. Further, in the present invention, the durability of the air electrode can be enhanced by containing Nb and Ta as B "as described above. Embodiments 7, 8, 15, 18 and 21 containing B" In each case, the durability judgment by X-ray is ◎. On the other hand, in Example 21 in which B ′ is contained in the upper limit of allowable amount z = 0.1, the initial characteristic determination is Δ, and in exchange for stability and durability, the output characteristics of the battery are slightly It's getting lower.

一方、比較例1,2では、いずれにおいても、b及びy,w,x+y+z+wの値が本発明の範囲のすぐ外側の値であり、最高熱処理温度と粉砕後の粒径、空気極の焼き付け条件と空気極の気孔率も、本発明の範囲から外れている。このため、ペロブスカイト相の形成及び耐久性に問題を生じており、初期最大出力密度と、熱処理後最大出力密度が低い。比較例3は、yとwの値が本発明の範囲のすぐ外側の値であり、比較例4はyの値が本発明の範囲のすぐ外側の値であり、それぞれ本発明の範囲から外れている。これら本発明の範囲から外れた試料は、ペロブスカイト相の形成が不良であったり、本発明の範囲に対して耐久性が低い、燃料電池初期特性や熱処理後特性が低い等の問題が生じている。比較例5はLnの元素、1−a−bとa+b,Bの元素の構成比率が本発明の範囲外であり、ペロブスカイト相の安定性は良いが、初期最大出力密度と、熱処理後最大出力密度が低い。比較例6はBの元素の構成比率とzが、それぞれ本発明の範囲外であり、特にzの値は本発明の範囲のすぐ外側の値である。比較例6ではペロブスカイト相の安定性は良いが、実施例21に対して更に電池の出力特性の低下が進み、本発明の許容範囲外まで燃料電池初期特性や熱処理後特性が低下する問題が生じている。比較例7はy,x+y+z+wと最高熱処理温度が本発明の範囲外であり、ペロブスカイト相の形成とその耐久性に問題がある。また比較例8では、従来の高温で使用されるSOFCで用いられてきたMn系の空気極材料が用いられている。この空気極は、ペロブスカイト相の安定性は良いものの、600℃における出力特性は、初期特性から既に低く、中低温での使用に適していないことが判る。また比較例9では当該Mn系の改良を目指して検討されているCo系材料が用いられており、本発明以外の材料の一例である。当該材料はCo系であるため、初期の出力特性はMn系よりも大きく改善されているが、耐久性が不足しており、耐久性の判定と、熱処理後の特性の判定が共に悪い。   On the other hand, in each of Comparative Examples 1 and 2, the values of b and y, w, x + y + z + w are values immediately outside the range of the present invention, and the maximum heat treatment temperature, the particle size after crushing, and the baking conditions of the air electrode Also, the porosity of the air electrode is out of the scope of the present invention. For this reason, problems occur in the formation and durability of the perovskite phase, and the initial maximum power density and the maximum power density after heat treatment are low. In Comparative Example 3, the values of y and w are values immediately outside the scope of the present invention, and in Comparative Example 4, the value of y is a value immediately outside the scope of the present invention, and they are out of the scope of the present invention. ing. The samples out of the scope of the present invention have problems such as poor formation of the perovskite phase, low durability with respect to the scope of the present invention, and low initial fuel cell characteristics and post heat treatment characteristics. . In Comparative Example 5, the composition ratio of Ln element, 1-ab and a + b and B elements is out of the range of the present invention, and the stability of the perovskite phase is good, but the initial maximum power density and the maximum power after heat treatment Low density. In Comparative Example 6, the composition ratio of the element of B and z are respectively outside the range of the present invention, and in particular, the value of z is a value immediately outside the range of the present invention. In Comparative Example 6, although the stability of the perovskite phase is good, the output characteristics of the battery further deteriorate compared to Example 21, and there is a problem that the initial characteristics of the fuel cell and the characteristics after heat treatment deteriorate to outside the allowable range of the present invention. ing. The comparative example 7 has y, x + y + z + w and the maximum heat treatment temperature outside the range of the present invention, and there is a problem in formation of the perovskite phase and its durability. In Comparative Example 8, the Mn-based air electrode material used in the conventional SOFC used at high temperature is used. Although this air electrode has good stability of the perovskite phase, it can be seen that the output characteristics at 600 ° C. are already low from the initial characteristics and not suitable for use at medium and low temperatures. Moreover, in Comparative Example 9, a Co-based material which is studied for the purpose of improving the Mn-based material is used, and this is an example of a material other than the present invention. Since the material is a Co-based material, the initial output characteristics are greatly improved compared to the Mn-based material, but the durability is insufficient, and the determination of the durability and the determination of the characteristics after heat treatment are both bad.

図1及び図2では、上記した全ての判定項目で良と◎のみのものを優、1つでも○であるものを良、1つでも△であるものを可、1つでも不良または×があるものを不可として、総合判定した結果を示している。本発明の範囲は、全て優から可であり、本発明の範囲外は、従来材料を含めて不可と判定された。これらの結果より、本発明の提供するSOFC用空気極材料は、中低温領域で優れた特性を発揮し、高い燃料電池特性、最高出力密度を得ることができることが判った。それと共に、当該空気極材料は高いペロブスカイト型結晶構造安定性を示すため、長期間安定して特性を発揮可能であり、燃料電池用の耐久性向上に寄与できることが明らかとなった。   In FIG. 1 and FIG. 2, all of the judgment items described above are good and の も の good, も の even one 良 good, even one △ good, even one bad or x It shows the result of the general judgment that some things are not acceptable. The scope of the present invention was all judged to be excellent, and out of the scope of the present invention was judged to be impossible including conventional materials. From these results, it has been found that the SOFC air electrode material provided by the present invention can exhibit excellent characteristics in the middle and low temperature range, and can obtain high fuel cell characteristics and the highest power density. At the same time, it has been revealed that the air electrode material exhibits high perovskite type crystal structure stability, so that it can exhibit characteristics stably for a long period of time and can contribute to the improvement of the durability for fuel cells.

<空気極性能試験−2>
評価用のセルの製法を、空気極性能試験−1と変えて、空気極の性能試験を行った。本試験においては、燃料極/電解質/空気極の燃料極支持型三層セルを、ドクターブレード法とスクリーン印刷法により作製した。燃料極と電解質の構成は空気極性能試験−1と同じとした。即ち、NiとSDC(Ce:0.8,Sm:0.2,O:1.9)の60:40重量%サーメットで、厚み0.7mm程度、気孔率40%程度、電解質は厚み20μm程度のSDCとした。それぞれの燃料極の原料粉は、酸化ニッケル粉末、SDC粉末、ポリビニルアルコール粉末の54:36:10重量%混合粉、電解質の原料粉はSDC粉末を用い、これらをそれぞれスラリー化して、ドクターブレード法でシート成型した。得られたシートを積層させて一軸加圧した後、CIP成形により圧着した。この成型体を1350℃で5時間焼成した。得られた焼成体の表面に、空気極をスクリーン印刷により厚み20μm程度となるよう形成した。スクリーン印刷に用いるインクは、原料粉として、前記「ペロブスカイト相の作製と耐久性の加速試験」で作製した実施例1と同一の(Sr0.1Ba0.9){Co0.87In0.1Al0.05}O3-δ 、及び実施例5と同一の(Sr0.35Ba0.65){Co0.850.08Al0.05 3-δ 粉末の、耐久性の加速試験を行う前の粉末をそれぞれ用いた。この空気極用酸化物粉末をボールミル粉砕によって平均粒径を0.9μm程度に調整し、イソプロパノールとトルエンを1:1で混合した溶媒に分散させてスクリーン印刷用のインクを作製した。この酸化物粉末含有インクを、焼結体の表面にスクリーン印刷により電極形成した。当該空気極を空気中1000℃で2時間の条件で焼き付けた。得られた空気極の気孔率は、後述する燃料電池特性測定試験の後、空気極性能試験−1と同様に求めた結果、実施例1の組成及び実施例5の組成で、共に約35%であった。
<Air electrode performance test-2>
The performance test of the air electrode was conducted by changing the manufacturing method of the cell for evaluation to the air electrode performance test-1. In this test, a fuel electrode supported type three layer cell of fuel electrode / electrolyte / air electrode was manufactured by the doctor blade method and the screen printing method. The configurations of the fuel electrode and the electrolyte were the same as those of the cathode performance test-1. That is, 60: 40 wt% cermet of Ni and SDC (Ce: 0.8, Sm: 0.2, O: 1.9), thickness about 0.7 mm, porosity about 40%, electrolyte about 20 μm thick SDC. The raw material powder of each fuel electrode is a 54: 36: 10% by weight mixed powder of nickel oxide powder, SDC powder, polyvinyl alcohol powder, and the raw material powder of electrolyte is SDC powder, and these are respectively slurried by the doctor blade method. Sheet molded. The obtained sheets were laminated and uniaxially pressed, and then pressure-bonded by CIP molding. The molded body was fired at 1350 ° C. for 5 hours. On the surface of the obtained sintered body, an air electrode was formed by screen printing to a thickness of about 20 μm. The ink used for screen printing is, as a raw material powder, the same (Sr 0.1 Ba 0.9 ) {Co 0.87 In 0.1 Al 0.05 } O 3-as in Example 1 prepared in the above-mentioned “Perovskite phase preparation and durability accelerated test”. [delta], and example 5 and the same (Sr 0.35 Ba 0.65) {Co 0.85 Y 0.08 Al 0.05} of O 3- [delta] powder, the powder prior to the acceleration test of durability were used, respectively. The oxide powder for air electrode was adjusted to an average particle diameter of about 0.9 μm by ball milling, and dispersed in a solvent in which isopropanol and toluene were mixed at 1: 1, to prepare an ink for screen printing. The oxide powder-containing ink was formed into an electrode on the surface of the sintered body by screen printing. The air electrode was baked in air at 1000 ° C. for 2 hours. The porosity of the obtained air electrode was determined in the same manner as air electrode performance test 1 after the fuel cell characteristic measurement test described later. As a result, both the composition of Example 1 and the composition of Example 5 were about 35% Met.

得られたセルの燃料極側に水素を、空気極側に空気を供給し、600℃にて電流を変化させたときの電圧の変化を測定し、初期の最大出力密度を測定したところ、実施例1の組成及び実施例5の組成で、それぞれ1250mW、1200mWであった。この発電試験の後、燃料電池セルを回収して大気中600℃で10000時間熱処理を行った。この熱処理後の燃料電池セルを再び600℃にて同様の燃料電池性能評価を行い、熱処理後の最大出力密度を測定したところ、実施例1の組成及び実施例5の組成で、それぞれ1000mW、1100mWであった。空気極性能試験−1と同様の評価基準により、初期と熱処理後の特性判定は実施例1の組成及び実施例5の組成で、それぞれ共に◎であった。この結果より、本発明の空気極は製造方法を変化させたとしても、変わらず優良な燃料電池特性が得られることが明らかとなった。   Hydrogen was supplied to the fuel electrode side of the obtained cell, air was supplied to the air electrode side, and the change in voltage when changing the current at 600 ° C. was measured, and the initial maximum power density was measured. The composition of Example 1 and the composition of Example 5 were 1250 mW and 1200 mW, respectively. After the power generation test, the fuel cell was recovered and heat treated at 600 ° C. in the atmosphere for 10000 hours. The fuel cell after this heat treatment was subjected to the same fuel cell performance evaluation at 600 ° C. again, and the maximum power density after heat treatment was measured. The composition of Example 1 and the composition of Example 5 were 1000 mW and 1100 mW, respectively. Met. According to the same evaluation criteria as those of the cathode performance test 1, the characteristics of the initial stage and after the heat treatment were both ◎ for the composition of Example 1 and the composition of Example 5. From this result, it is clear that even if the manufacturing method of the air electrode of the present invention is changed, excellent fuel cell characteristics can be obtained.

Claims (11)

ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物イオン混合伝導体であって、組成が、
[Ln1-a-ba(Ba)b][BxB'yB"z(Al)w]O(3-δ) ・・・(1)
の一般式で表される磁器組成物を含有していることを特徴とする固体酸化物型燃料電池の空気極。
前記(1)式において、
Lnは、ランタノイド元素であるLa,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dyのうちから選ばれた1種又は2種以上の元素の組み合わせであり、
Aは、Sr,Caのうちから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせであり、
Bは、Co,Feから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせであって、Coのモル数が全B元素のモル数xに対して50%以上であり、
B'は、In,Yから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせであり、
B"は、Nb,Taから選ばれた1種又は2種の元素の組み合わせであり、
但し、
B'がInの場合には、0.7≦b≦1.0、0.05≦y≦0.2、
B'がYの場合には、0.5≦b≦1.0、0.06≦y≦0.2、
B'がIn及びYの組み合わせである場合には、b及びyの範囲はIn及びYのうちでより多くのモル数を含有する元素に対する範囲と一致しており、
0.8≦a+b≦1、
0<x、
0≦z≦0.1、
0<w≦0.2、
0.98≦x+y+z+w≦1.02であり、
δは、電荷中性条件を満たすように規定される値である。
An oxide ion mixed conductor having a perovskite crystal structure, wherein the composition is
[L n 1-ab A a (Ba) b ] [B x B ' y B " z (Al) w ] O (3- δ ) (1)
And an air electrode of a solid oxide fuel cell characterized by containing the ceramic composition represented by the general formula:
In the above equation (1),
Ln is a combination of one or more elements selected from lanthanoid elements La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb and Dy;
A is a combination of one or two elements selected from Sr and Ca,
B is a combination of one or two elements selected from Co and Fe, and the mole number of Co is 50% or more with respect to the mole number x of all B elements,
B ′ is a combination of one or two elements selected from In and Y,
B "is a combination of one or two elements selected from Nb and Ta,
However,
When B ′ is In, 0.7 ≦ b ≦ 1.0, 0.05 ≦ y ≦ 0.2,
When B ′ is Y, 0.5 ≦ b ≦ 1.0, 0.06 ≦ y ≦ 0.2,
When B 'is a combination of In and Y, the range of b and y is the same as the range for elements containing more moles of In and Y,
0.8 ≦ a + b ≦ 1,
0 <x,
0 ≦ z ≦ 0.1,
0 <w ≦ 0.2,
0.98 ≦ x + y + z + w ≦ 1.02,
δ is a value defined to satisfy the charge neutral condition.
BはCoであることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物型燃料電池の空気極。   The air electrode of a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein B is Co. LnはLaであり、
AはSrであることを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物型燃料電池の空気極。
Ln is La,
The air electrode of a solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein A is Sr.
a+b=1であることを特徴とする請求項3に記載の固体酸化物型燃料電池の空気極。   4. The solid oxide fuel cell air electrode according to claim 3, wherein a + b = 1. B'はInであり、
0.85≦b≦0.95
0.1≦y≦0.14であることを特徴とする請求項4に記載の固体酸化物型燃料電池の空気極。
B 'is In,
0.85 ≦ b ≦ 0.95
5. The solid oxide fuel cell air electrode according to claim 4, wherein 0.1 ≦ y ≦ 0.14.
B'はYであり、
0.5≦b≦0.8、
0.08≦y≦0.15であることを特徴とする請求項4に記載の固体酸化物型燃料電池の空気極。
B 'is Y,
0.5 ≦ b ≦ 0.8,
5. The solid oxide fuel cell air electrode according to claim 4, wherein 0.08 ≦ y ≦ 0.15.
気孔率は、15%以上40%以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体酸化物型燃料電池の空気極。   The air electrode of a solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the porosity is 15% or more and 40% or less. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体酸化物型燃料電池の空気極を備えたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。   A solid oxide fuel cell comprising the air electrode of the solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 7. 500℃以上750℃以下の温度で作動することを特徴とする請求項8に記載の固体酸化物型燃料電池。   9. The solid oxide fuel cell according to claim 8, wherein the solid oxide fuel cell is operated at a temperature of 500 ° C. or more and 750 ° C. or less. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体酸化物型燃料電池の空気極の製造方法であって、
前記(1)式におけるLn,A,Ba,B,B',B",Alを含有する炭酸塩又は酸化物の粉末を原料とし、前記粉末を混合して酸化性雰囲気又は不活性ガス雰囲気下で焼成を行ってペロブスカイト型構造の単一相からなる原料粉を生成し、前記原料粉を粉砕し、粉砕された前記原料粉を空気極形状に焼成するに際して、焼結熱履歴として経験する熱処理の最高温度が1150℃以上1200℃以下の温度であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池の空気極の製造方法。
A method of manufacturing an air electrode of a solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
Powders of carbonates or oxides containing Ln, A, Ba, B, B ′, B ′ ′, and Al in the formula (1) are used as raw materials, and the powders are mixed to obtain an oxidizing atmosphere or an inert gas atmosphere. The raw material powder consisting of a single phase having a perovskite structure is formed by firing in the following step, and the raw material powder is crushed, and the heat treatment experienced as a sintering heat history when firing the crushed raw material powder into an air electrode shape A method for producing an air electrode of a solid oxide fuel cell, characterized in that the maximum temperature of is a temperature of 1150 ° C. to 1200 ° C.
前記原料粉を粉砕する工程は、前記原料粉の平均粒径を0.5μm以上3μm以下とすることを特徴とする請求項10に記載の固体酸化物型燃料電池の空気極の製造方法。   The method of manufacturing an air electrode of a solid oxide fuel cell according to claim 10, wherein the step of grinding the raw material powder sets an average particle diameter of the raw material powder to 0.5 μm or more and 3 μm or less.
JP2014226436A 2014-11-06 2014-11-06 Solid oxide fuel cell air electrode, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing solid oxide fuel cell air electrode Expired - Fee Related JP6524434B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014226436A JP6524434B2 (en) 2014-11-06 2014-11-06 Solid oxide fuel cell air electrode, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing solid oxide fuel cell air electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014226436A JP6524434B2 (en) 2014-11-06 2014-11-06 Solid oxide fuel cell air electrode, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing solid oxide fuel cell air electrode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016091857A JP2016091857A (en) 2016-05-23
JP6524434B2 true JP6524434B2 (en) 2019-06-05

Family

ID=56016343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014226436A Expired - Fee Related JP6524434B2 (en) 2014-11-06 2014-11-06 Solid oxide fuel cell air electrode, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing solid oxide fuel cell air electrode

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6524434B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6913490B2 (en) * 2017-03-24 2021-08-04 Dowaエレクトロニクス株式会社 Perovskite type composite oxide powder and its manufacturing method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6337569A (en) * 1986-08-01 1988-02-18 Toa Nenryo Kogyo Kk Oxygen electrode structure for high-temperature solid electrolyte fuel cell
JP4074452B2 (en) * 2001-11-01 2008-04-09 新日本製鐵株式会社 Porcelain composition, composite material, oxygen separator, and chemical reactor
FR2862005B1 (en) * 2003-11-06 2006-01-06 Air Liquide ADDING BLOCKING AGENT (S) IN A CERAMIC MEMBRANE TO BLOCK CRYSTALLINE GROWTH OF GRAINS DURING SINTERING IN THE ATMOSPHERE
JP4528021B2 (en) * 2004-04-27 2010-08-18 新日本製鐵株式会社 Oxide ion mixed conductor, composite structure, oxygen separation device, and chemical reaction device
JP2006040822A (en) * 2004-07-29 2006-02-09 Central Res Inst Of Electric Power Ind Porous mixed conductor, its manufacturing method, and air pole material of solid oxide fuel cell
JP5489327B2 (en) * 2009-08-11 2014-05-14 国立大学法人東京工業大学 Power generation method for solid oxide battery and solid oxide battery for generating power using the power generation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016091857A (en) 2016-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130224628A1 (en) Functional layer material for solid oxide fuel cell, functional layer manufactured using functional layer material, and solid oxide fuel cell including functional layer
KR101675301B1 (en) Single-Phase Perovskite type Solid Electrolytes, Solid Oxide Fuel Cells containing the same and Method of Fabricating the Solid Oxide Fuel Cells
US20130295484A1 (en) Material for solid oxide fuel cell, cathode for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell including the same, and method of manufacture thereof
JP6519001B2 (en) Solid oxide fuel cell air electrode, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing solid oxide fuel cell air electrode
US20120308915A1 (en) Cathode material for fuel cell, cathode including the cathode material, solid oxide fuel cell including the cathode
JP6255358B2 (en) Electrode materials for solid oxide fuel cells and their applications
JP5611249B2 (en) Solid oxide fuel cell and cathode forming material of the fuel cell
KR20120140476A (en) Material for solid oxide fuel cell, cathode including the material and solid oxide fuel cell including the material
JP2007200664A (en) Method of manufacturing solid oxide fuel cell
JP4828104B2 (en) Fuel cell
JP6315581B2 (en) Cathode for solid oxide fuel cell, method for producing the same, and solid oxide fuel cell including the cathode
JP6524434B2 (en) Solid oxide fuel cell air electrode, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing solid oxide fuel cell air electrode
JP2006059611A (en) Ceria based solid electrolyte fuel cell and its manufacturing method
JP7199105B2 (en) Protonic ceramic fuel cell and its manufacturing method
Liu et al. Characteristics of La0. 8Sr0. 2Ga0. 8Mg0. 2O3-δ-supported micro-tubular solid oxide fuel cells with LaCo0. 4Ni0. 6-xCuxO3-δ cathodes
JP6101194B2 (en) Electrode materials for solid oxide fuel cells and their applications
JP5463304B2 (en) Solid oxide fuel cell and method for producing the same
JP2005139024A (en) Mixed conductive ceramic material and solid oxide type fuel cell using this material
JP6891008B2 (en) Ion conductive materials and solid oxide electrochemical cells
KR102026502B1 (en) Solid oxide fuel cell, battery module comprising the same and method for manufacturing solid oxide fuel cell
JP6000933B2 (en) Electrode materials for solid oxide fuel cells and their applications
KR102091454B1 (en) Cathode material for solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell having the same
KR101180058B1 (en) Double Perovskite Interconnect Materials and their Application Methods for Solid Oxide Fuel Cells
JP6779745B2 (en) Solid oxide fuel cell and material for forming the cathode of the fuel cell
JP6616599B2 (en) Electrode material for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170705

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180704

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180814

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181005

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: 20190326

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190408

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6524434

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees