JP7057731B2 - 燃料電池および燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態にかかる燃料電池システム100を説明する図である。図1に示すように、燃料電池システム100は、改質器110と、ブロワ120と、燃料電池130とを含む。
CnHm + nH2O → nCO + (m/2+n)H2 …反応式(1)
CO + H2O → CO2 + H2 …反応式(2)
H2 → 2H+ + 2e- …反応式(3)
1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O …反応式(4)
図4は、第1の実施形態の燃料電池130の製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。
燃料極製造工程S110は、支持基体210に、多孔体の燃料極220を積層する工程である。燃料極製造工程S110は、例えば、スパッタリングによって遂行される。
水素透過層製造工程S120は、燃料極220に、緻密体の水素透過層230を積層する工程である。水素透過層製造工程S120は、例えば、スパッタリングによって遂行される。水素透過層製造工程S120によって積層される水素透過層230の厚みは、緻密体を形成できる最小の厚みであり、例えば、1μm以上2μm以下である。
第1層製造工程S130は、水素透過層230に、緻密体の第1層242を積層(作製)する工程である。第1層製造工程S130は、例えば、スパッタリングによって遂行される。第1層製造工程S130によって積層される第1層242の厚みは、緻密体を形成できる最小の厚みであり、例えば、1μm以上2μm以下である。
中間層製造工程S140は、第1層242に、緻密体の中間層244を積層する工程である。中間層製造工程S140は、例えば、スパッタリングによって遂行される。中間層製造工程S140によって積層される中間層244の厚みは、緻密体を形成できる最小の厚みであり、例えば、1μm以上2μm以下である。なお、中間層244の厚みは、第1層242および第2層246の厚みよりも厚い方がよい。これにより、内部抵抗およびリーク電流密度を低減することができ、燃料電池130の発電効率を向上させることが可能となる。
第2層製造工程S150は、中間層244に、緻密体の第2層246を積層する工程である。第2層製造工程S150は、例えば、スパッタリングによって遂行される。第2層製造工程S150によって積層される第2層246の厚みは、緻密体を形成できる最小の厚みであり、例えば、1μm以上2μm以下である。
空気極製造工程S160は、第2層246に、多孔体の空気極250を積層する工程である。空気極製造工程S160は、例えば、スパッタリングによって遂行される。
図5は、第2の実施形態にかかる燃料電池システム300を説明する図である。図5に示すように、燃料電池システム300は、改質器110と、ブロワ120と、燃料電池330とを含む。燃料電池330は、支持基体210と、燃料極220と、水素透過層230と、電解質層340と、空気極250とを含む。なお、上記燃料電池システム100と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図6は、第2の実施形態の燃料電池330の製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。
第1層製造工程S330は、水素透過層230に、緻密体の第1層342を積層(作製)する工程である。第1層製造工程S330は、例えば、スパッタリングによって遂行される。第1層製造工程S330によって積層される第1層342の厚みは、緻密体を形成できる最小の厚みであり、例えば、1μm以上2μm以下である。
第2層製造工程S350は、第1層342に、緻密体の第2層246を積層する工程である。第2層製造工程S350は、例えば、スパッタリングによって遂行される。第2層製造工程S350によって積層される第2層246の厚みは、緻密体を形成できる最小の厚みであり、例えば、1μm以上2μm以下である。
上記第2の実施形態において、第1層342が第3化合物を含み、第2層246が第1化合物を含む電解質層340について説明した。しかし、電解質層340を構成する各層に含まれる化合物は、他の組み合わせであってもよい。
上記第1の実施形態において、第1層242が第1化合物、第2化合物、および、第3化合物のいずれかを含み、中間層244が第3化合物および第4化合物のいずれかを含み、第2層246が第1化合物を含む電解質層240について説明した。しかし、電解質層240を構成する各層に含まれる化合物は、他の組み合わせであってもよい。
220 燃料極
230 水素透過層
240、340 電解質層
242、342 第1層
244 中間層
246 第2層
250 空気極
Claims (10)
- 燃料極と、
空気極と、
前記燃料極と前記空気極との間に設けられた電解質層と、
を備え、
前記電解質層は、
Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)、La1-xM3xM4O3-δ(M3は、Ba、Sr、Ca、および、Mgのうちのいずれか1または複数、M4は、Yb、Sc、Y、In、および、Alのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5)、および、La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)のいずれかを含む第1層と、
前記第1層より前記空気極側に設けられ、Ba1-xM5x(Ce1-yZry)1-zM6zO3-δ(M5は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M6は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0≦y≦0.5、0.1≦z≦0.3)、または、La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)のうちの前記第1層とは異なる酸化物を含む中間層と、
前記中間層より前記空気極側に設けられ、Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)のうちの前記中間層とは異なる酸化物を含む第2層と、
が積層されて構成される燃料電池。 - 燃料極と、
空気極と、
前記燃料極と前記空気極との間に設けられた電解質層と、
を備え、
前記電解質層は、
Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)を含む第1層と、
前記第1層より前記空気極側に設けられ、La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)を含む中間層と、
前記中間層より前記空気極側に設けられ、Ba1-xM5x(Ce1-yZry)1-zM6zO3-δ(M5は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M6は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0≦y≦0.5、0.1≦z≦0.3)を含む第2層と、
が積層されて構成される燃料電池。 - 燃料極と、
空気極と、
前記燃料極と前記空気極との間に設けられた電解質層と、
を備え、
前記電解質層は、
La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)を含む第1層と、
前記第1層より前記空気極側に設けられ、Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)を含む第2層と、
が積層されて構成される燃料電池。 - 燃料極と、
空気極と、
前記燃料極と前記空気極との間に設けられた電解質層と、
を備え、
前記電解質層は、
Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)を含む第1層と、
前記第1層より前記空気極側に設けられ、Ba1-xM5x(Ce1-yZry)1-zM6zO3-δ(M5は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M6は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0≦y≦0.5、0.1≦z≦0.3)、または、La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)のうちの前記第1層とは異なる酸化物を含む第2層と、
が積層されて構成される燃料電池。 - プロトン伝導性を有する固体酸化物とNiとのコンポジット材料、Nb合金、V合金、Ta合金、および、Pd合金のいずれかで構成され、前記燃料極と前記電解質層との間に設けられた水素透過層を備える請求項1から4のいずれか1項に記載の燃料電池。
- Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)、La1-xM3xM4O3-δ(M3は、Ba、Sr、Ca、および、Mgのうちのいずれか1または複数、M4は、Yb、Sc、Y、In、および、Alのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5)、および、La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)のいずれかを含む第1層を作製する工程と、
Ba1-xM5x(Ce1-yZry)1-zM6zO3-δ(M5は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M6は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0≦y≦0.5、0.1≦z≦0.3)、または、La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)のうちの前記第1層とは異なる酸化物を含む中間層を前記第1層に積層する工程と、
Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)のうちの前記中間層とは異なる酸化物を含む第2層を前記中間層に積層する工程と、
を含む燃料電池の製造方法。 - Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)を含む第1層を作製する工程と、
La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)を含む中間層を前記第1層に積層する工程と、
Ba1-xM5x(Ce1-yZry)1-zM6zO3-δ(M5は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M6は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0≦y≦0.5、0.1≦z≦0.3)を含む第2層を前記中間層に積層する工程と、
を含む燃料電池の製造方法。 - La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)を含む第1層を作製する工程と、
Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)を含む第2層を前記第1層に積層する工程と、
を含む燃料電池の製造方法。 - Ba1-xM1x(Ce1-yZry)1-zM2zO3-δ(M1は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M2は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0.5≦y≦1、0.1≦z≦0.3)を含む第1層を作製する工程と、
Ba1-xM5x(Ce1-yZry)1-zM6zO3-δ(M5は、SrおよびCaのいずれか一方または両方、M6は、Y、Yb、Gd、Sc、および、Inのうちのいずれか1または複数、0≦x≦0.5、0≦y≦0.5、0.1≦z≦0.3)、または、La28-xW4+xO54+δ(0≦x≦1)のうちの前記第1層とは異なる酸化物を含む第2層を前記第1層に積層する工程と、
を含む燃料電池の製造方法。 - 前記第1層を作製する工程を遂行する前に、
プロトン伝導性を有する固体酸化物とNiとのコンポジット材料、Nb合金、V合金、Ta合金、および、Pd合金のいずれかで構成される水素透過層を作製する工程を含み、
前記第1層を作製する工程は、前記水素透過層に前記第1層を積層する工程である請求項6から9のいずれか1項に記載の燃料電池の製造方法。
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