JP6972963B2 - 固体酸化物形燃料電池用アノードおよび固体酸化物形燃料電池単セル - Google Patents
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Description
上記固体酸化物形燃料電池用アノード(1)は、アノード反応の触媒となる触媒金属(13)と、上記触媒金属よりもイオン化傾向が大きい犠牲金属(14)と、酸素イオン伝導性酸化物(15)とを含んで構成されており、
上記第2多孔領域における上記犠牲金属の存在割合は、上記第1多孔領域における上記犠牲金属の存在割合よりも大きく、
上記第2多孔領域における上記酸素イオン伝導性酸化物の存在割合は、上記第1多孔領域における上記酸素イオン伝導性酸化物の存在割合よりも小さく、
上記第2多孔領域において、
上記触媒金属の存在割合と上記犠牲金属の存在割合との合計は、上記酸素イオン伝導性酸化物の存在割合よりも大きい、固体酸化物形燃料電池用アノード(1)にある。
上記成形体を酸化雰囲気中にて焼成して、上記触媒金属および上記犠牲金属の複合酸化物(134)と上記触媒金属の酸化物と上記酸素イオン伝導性酸化物とを含む焼成体(62)を形成し、
上記焼成体を還元して、上記触媒金属および上記犠牲金属の複合酸化物と上記触媒金属の酸化物とを体積収縮させて気孔(120、110)を形成する、
固体酸化物形燃料電池用アノードの製造方法にある。
上記成形体を酸化雰囲気中にて焼成して、上記触媒金属および上記犠牲金属の複合酸化物(134)と上記触媒金属の酸化物とを含む焼成体(62)を形成し、
上記焼成体を還元して、上記触媒金属および上記犠牲金属の複合酸化物と上記触媒金属の酸化物とを体積収縮させて気孔(120、110)を形成する、
固体酸化物形燃料電池用アノードの製造方法にある。
実施形態1の固体酸化物形燃料電池用アノードについて、図1〜図7を用いて説明する。図1〜図7に例示されるように、本実施形態のアノード1は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)に用いられる。固体酸化物形燃料電池は、固体電解質層を構成する固体電解質として、酸素イオン導電性を示す固体酸化物セラミックスを用いる燃料電池である。
実施形態2の固体酸化物形燃料電池用アノードおよび固体酸化物形燃料電池単セルについて、図8、図9を用いて説明する。
実施形態3の固体酸化物形燃料電池用アノードおよび固体酸化物形燃料電池単セルについて、図10〜図13を用いて説明する。
実施形態4の固体酸化物形燃料電池用アノードの製造方法について、図14を用いて説明する。
実施形態5の固体酸化物形燃料電池用アノードの製造方法について説明する。
<実験例1>
−材料準備−
NiO粉末(平均粒子径:0.5μm)と、8mol%のY2O3を含むイットリア安定化ジルコニア(以下、8YSZ)粉末(平均粒子径:0.2μm)と、カーボン(造孔剤)と、ポリビニルブチラールと、酢酸イソアミルおよび1−ブタノールとをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。NiO粉末と8YSZ粉末との質量比は、65:35である。ドクターブレード法を用いて、樹脂シート上に上記スラリーを層状に塗工し、乾燥させ後、樹脂シートを剥離することにより、厚み200μmのアノード形成用シートAを準備した。なお、上記平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定した体積基準の累積度数分布が50%を示すときの粒子径(直径)d50である(以下、同様)。
アノード形成用シートAを2枚積層し、最も上段のアノード形成用シートAの表面に、アノード形成用ペーストをスクリーン印刷法にて碁盤目状にパターン印刷した。なお、碁盤目状パターンにおけるペースト線間の距離は、2mm、ペースト線幅は、100μm、ペースト線厚は、30μmとした。次いで、上記碁盤目状パターンが形成されたアノード形成用シートAの表面に、アノード形成用シートB、固体電解質層形成用シート、および、中間層形成用シートをこの順に積層し、圧着した。なお、圧着には、WIP成形法を用いた。この際、WIP成形条件は、温度85℃、加圧力50MPa、加圧時間10分という条件とした。また、得られた成形体は、脱脂した。
実験例1における試料1の単セルの作製において、NiO粉末およびFe2O3粉末を用いずにアノード形成用ペーストを調製し(つまり、アクリル系樹脂のみ)、このアノード形成用ペーストを用いてスクリーン印刷法にて碁盤目状にパターン印刷をした点以外は同様にして、試料2Cの単セルを得た。
11 第1多孔領域
110 気孔
12 第2多孔領域
120 気孔
13 触媒金属
130 触媒金属の酸化物
14 犠牲金属
140 犠牲金属の酸化物
134 触媒金属及び犠牲金属の複合酸化物
15 酸素イオン伝導性酸化物
5 単セル
61 成形体
62 焼成体
Claims (10)
- 気孔(110)を多数含む第1多孔領域(11)と、上記第1多孔領域内に配置されており、上記第1多孔領域の気孔よりも孔径の大きな気孔(120)を多数含む第2多孔領域(12)とを有する固体酸化物形燃料電池用アノード(1)であって、
上記固体酸化物形燃料電池用アノード(1)は、アノード反応の触媒となる触媒金属(13)と、上記触媒金属よりもイオン化傾向が大きい犠牲金属(14)と、酸素イオン伝導性酸化物(15)とを含んで構成されており、
上記第2多孔領域における上記犠牲金属の存在割合は、上記第1多孔領域における上記犠牲金属の存在割合よりも大きく、
上記第2多孔領域における上記酸素イオン伝導性酸化物の存在割合は、上記第1多孔領域における上記酸素イオン伝導性酸化物の存在割合よりも小さく、
上記第2多孔領域において、
上記触媒金属の存在割合と上記犠牲金属の存在割合との合計は、上記酸素イオン伝導性酸化物の存在割合よりも大きい、固体酸化物形燃料電池用アノード(1)。 - 上記第2多孔領域において、
上記触媒金属の存在割合と上記犠牲金属の存在割合との合計が、70%以上である、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池用アノード。 - 上記第2多孔領域および上記第1多孔領域は、いずれも上記犠牲金属を含んでおり、
上記第1多孔領域は、固体電解質層(2)に接合される電解質側アノード面(10)と上記第2多孔領域との間に配置された電解質側領域(111)を含んでおり、
上記電解質側領域における上記犠牲金属の存在割合は、上記第2多孔領域から上記電解質側アノード面に向かって小さくなる、請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池用アノード。 - 上記第2多孔領域は、上記アノード面内方向に沿って配置された領域を含んで構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池用アノード。
- 上記第2多孔領域は、上記アノード厚み方向に沿って配置された領域を含んで構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池用アノード。
- 上記触媒金属は、Ni、Co、および、Ruからなる群より選択される少なくとも1種であり、
上記犠牲金属は、Fe、Co、Cr、および、Mnからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池用アノード。 - 上記第1多孔領域に含まれる上記気孔の平均孔径をd、上記第2多孔領域に含まれる上記気孔の平均孔径をDとしたとき、3×d<Dの関係を満たす、請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池用アノード。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池用アノードを有する、固体酸化物形燃料電池単セル(5)。
- アノード反応の触媒となる触媒金属(13)の酸化物(130)、および、酸素イオン伝導性酸化物(15)を含む第1多孔領域形成部と、上記第1多孔領域形成部内に配置されており、上記触媒金属よりもイオン化傾向が大きい犠牲金属(14)の酸化物(140)、および、上記触媒金属の酸化物を含む第2多孔領域形成部を有する成形体(61)を形成し、
上記成形体を酸化雰囲気中にて焼成して、上記触媒金属および上記犠牲金属の複合酸化物(134)と上記触媒金属の酸化物と上記酸素イオン伝導性酸化物とを含む焼成体(62)を形成し、
上記焼成体を還元して、上記触媒金属および上記犠牲金属の複合酸化物と上記触媒金属の酸化物とを体積収縮させて気孔(120、110)を形成する、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池用アノードの製造方法。 - アノード反応の触媒となる触媒金属(13)の酸化物(130)、および、酸素イオン伝導性酸化物(15)を含む第1多孔領域形成部と、上記第1多孔領域形成部内に配置されており、上記触媒金属よりもイオン化傾向が大きい犠牲金属(14)の酸化物(140)を含む第2多孔領域形成部を有する成形体(61)を形成し、
上記成形体を酸化雰囲気中にて焼成して、上記触媒金属および上記犠牲金属の複合酸化物(134)と上記触媒金属の酸化物とを含む焼成体(62)を形成し、
上記焼成体を還元して、上記触媒金属および上記犠牲金属の複合酸化物と上記触媒金属の酸化物とを体積収縮させて気孔(120、110)を形成する、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池用アノードの製造方法。
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JP2017226269A JP6972963B2 (ja) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | 固体酸化物形燃料電池用アノードおよび固体酸化物形燃料電池単セル |
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