JPH05190183A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH05190183A JPH05190183A JP4003883A JP388392A JPH05190183A JP H05190183 A JPH05190183 A JP H05190183A JP 4003883 A JP4003883 A JP 4003883A JP 388392 A JP388392 A JP 388392A JP H05190183 A JPH05190183 A JP H05190183A
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- manganese
- electrode
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質型燃料電池において、比較的低コ
ストな方法で、燃料電極の活性化分極、電荷移動抵抗を
減らし、単電池の出力を向上させることである。 【構成】 燃料電極と固体電解質と気相とからなる三相
界面の一部にマンガンを存在させる。このマンガン元素
が、電気化学反応域での反応に関与し、燃料電極の活性
化分極を著しく減少させる。三相界面の一部にマンガン
を存在させるには、固体電解質のうち燃料電極が設けら
れる側の面において、この範囲の全金属元素に対するモ
ル比率が１〜15 mol％の割合でマンガンを含有させる。
他の態様では、燃料電極中に、全金属元素に対するモル
比率が５〜50 mol ％の割合でマンガンを含有させる。
ストな方法で、燃料電極の活性化分極、電荷移動抵抗を
減らし、単電池の出力を向上させることである。 【構成】 燃料電極と固体電解質と気相とからなる三相
界面の一部にマンガンを存在させる。このマンガン元素
が、電気化学反応域での反応に関与し、燃料電極の活性
化分極を著しく減少させる。三相界面の一部にマンガン
を存在させるには、固体電解質のうち燃料電極が設けら
れる側の面において、この範囲の全金属元素に対するモ
ル比率が１〜15 mol％の割合でマンガンを含有させる。
他の態様では、燃料電極中に、全金属元素に対するモル
比率が５〜50 mol ％の割合でマンガンを含有させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池（Solid Oxide Fu
el Cell : SOFC）においては、燃料電極での分極による
電圧損失が大きいので、燃料電極の活性を高めて分極を
小さくすることが、SOFCの高出力化のために必要であ
る。このため、最近、燃料電極の活性化が、重要な課題
として研究されている。
el Cell : SOFC）においては、燃料電極での分極による
電圧損失が大きいので、燃料電極の活性を高めて分極を
小さくすることが、SOFCの高出力化のために必要であ
る。このため、最近、燃料電極の活性化が、重要な課題
として研究されている。
【０００３】現在、燃料電極材料としてニッケル−ジル
コニアサーメットが一般的である。この材料は、ニッケ
ルを電子伝導体兼反応触媒とし、ジルコニア固体電解質
と熱膨脹率を合わせるためにジルコニアを分散させたも
のである。これに対し、より高活性な電極材料として、
ルテニウムと、イットリア安定化ジルコニアとのサーメ
ットが提案されている（1991年、電気化学秋季大会講演
要旨集、2G 27 ）。また、ジルコニアの代りに PrOx ,
CeO2を用いたサーメットも提案されている(1991 年、電
気化学秋季大会講演要旨集、2G 20 ) 。
コニアサーメットが一般的である。この材料は、ニッケ
ルを電子伝導体兼反応触媒とし、ジルコニア固体電解質
と熱膨脹率を合わせるためにジルコニアを分散させたも
のである。これに対し、より高活性な電極材料として、
ルテニウムと、イットリア安定化ジルコニアとのサーメ
ットが提案されている（1991年、電気化学秋季大会講演
要旨集、2G 27 ）。また、ジルコニアの代りに PrOx ,
CeO2を用いたサーメットも提案されている(1991 年、電
気化学秋季大会講演要旨集、2G 20 ) 。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ルテニウムは
融点が約 2500 ℃と高く、ルテニウムジルコニアサーメ
ットを製造するのに特殊な方法を必要とし、極めて生産
性が悪く、実用性は乏しい。また、プラセオジウム（Ｐ
r)、CeO2 , ルテニウム共に、非常に高価な希少金属で
ありコストが高く、大面積の燃料電極を製造する工業生
産には向かない。本発明の課題は、比較的低コストな方
法で、燃料電極の活性化分極を減らし、SOFC単電池の出
力を向上させることである
融点が約 2500 ℃と高く、ルテニウムジルコニアサーメ
ットを製造するのに特殊な方法を必要とし、極めて生産
性が悪く、実用性は乏しい。また、プラセオジウム（Ｐ
r)、CeO2 , ルテニウム共に、非常に高価な希少金属で
ありコストが高く、大面積の燃料電極を製造する工業生
産には向かない。本発明の課題は、比較的低コストな方
法で、燃料電極の活性化分極を減らし、SOFC単電池の出
力を向上させることである
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体電解質型
燃料電池の燃料電極と固体電解質と気相とからなる三相
界面の一部にマンガンが存在していることを特徴とす
る、固体電解質型燃料電池に係るものである。
燃料電池の燃料電極と固体電解質と気相とからなる三相
界面の一部にマンガンが存在していることを特徴とす
る、固体電解質型燃料電池に係るものである。
【０００６】燃料電極と固体電解質と気相とからなる三
相界面の一部にマンガンを存在させるには、二つの態様
がある。第一の態様では、固体電解質のうち燃料電極が
設けられる側の面において、全金属元素に対するモル比
率が１〜15 mol％の割合でマンガンを含有させる。この
態様について、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）
から固体電解質を形成する場合を例にとって説明する。
本態様においては、固体電解質のうち燃料電極が設けら
れる側の面から離れた場所では、マンガンが含まれてい
てもよく、含まれていなくともよい。また、ＹＳＺを固
体電解質材料として用いる場合は、上記した「燃料電極
が設けられる面」の十分近傍において、Y2O3 , ZrO2 及
び Mn 化合物が互いに固溶する。そして、イットリアの
モル数とジルコニアのモル数とマンガンのモル数の合計
を100 としたとき、マンガンのモル数を１〜15としなけ
ればならないのである。
相界面の一部にマンガンを存在させるには、二つの態様
がある。第一の態様では、固体電解質のうち燃料電極が
設けられる側の面において、全金属元素に対するモル比
率が１〜15 mol％の割合でマンガンを含有させる。この
態様について、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）
から固体電解質を形成する場合を例にとって説明する。
本態様においては、固体電解質のうち燃料電極が設けら
れる側の面から離れた場所では、マンガンが含まれてい
てもよく、含まれていなくともよい。また、ＹＳＺを固
体電解質材料として用いる場合は、上記した「燃料電極
が設けられる面」の十分近傍において、Y2O3 , ZrO2 及
び Mn 化合物が互いに固溶する。そして、イットリアの
モル数とジルコニアのモル数とマンガンのモル数の合計
を100 としたとき、マンガンのモル数を１〜15としなけ
ればならないのである。
【０００７】固体電解質のうち燃料電極が設けられる側
の面の十分近傍において、マンガンを存在させるには、
以下の製法例が考えられる。 (a) 例えばイットリア安定化ジルコニアによって、板状
又は膜状の固体電解質を形成する。次いで、イットリア
安定化ジルコニア粉末と MnOx 粉末とを混合し、スラリ
ーを造り、このスラリーを上記の固体電解質の表面に塗
布し、焼成する。
の面の十分近傍において、マンガンを存在させるには、
以下の製法例が考えられる。 (a) 例えばイットリア安定化ジルコニアによって、板状
又は膜状の固体電解質を形成する。次いで、イットリア
安定化ジルコニア粉末と MnOx 粉末とを混合し、スラリ
ーを造り、このスラリーを上記の固体電解質の表面に塗
布し、焼成する。
【０００８】(b) 例えば、イットリア安定化ジルコニア
粉末を成形してグリーンシートを造る。次いで、イット
リア安定化ジルコニア粉末とMnOx粉末とを混合し、スラ
リーを造り、このスラリーを上記グリーンシートの表面
に塗布し、共焼結する。 (c) 例えばイットリア安定化ジルコニア粉末と MnOx 粉
末とを混合し、成形してグリーンシートを造り、焼成し
て板状の固体電解質を作製する。または、例えばイット
リア安定化ジルコニア粉末と MnOx 粉末とを混合してス
ラリーを造り、このスラリーを空気電極の表面に塗布
し、焼成して膜状の固体電解質を作製する。
粉末を成形してグリーンシートを造る。次いで、イット
リア安定化ジルコニア粉末とMnOx粉末とを混合し、スラ
リーを造り、このスラリーを上記グリーンシートの表面
に塗布し、共焼結する。 (c) 例えばイットリア安定化ジルコニア粉末と MnOx 粉
末とを混合し、成形してグリーンシートを造り、焼成し
て板状の固体電解質を作製する。または、例えばイット
リア安定化ジルコニア粉末と MnOx 粉末とを混合してス
ラリーを造り、このスラリーを空気電極の表面に塗布
し、焼成して膜状の固体電解質を作製する。
【０００９】本発明の第二の態様においては、燃料電極
中に、全金属元素に対するモル比率が５〜50 mol％の割
合でマンガンを含有させる。このモル比率の算出法は、
上記と同じである。このような燃料電極を形成するに
は、例えば NiO粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末
と MnOx 粉末とを混合し、スラリーを造り、このスラリ
ーを固体電解質の表面に塗布し、焼成する方法がある。
中に、全金属元素に対するモル比率が５〜50 mol％の割
合でマンガンを含有させる。このモル比率の算出法は、
上記と同じである。このような燃料電極を形成するに
は、例えば NiO粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末
と MnOx 粉末とを混合し、スラリーを造り、このスラリ
ーを固体電解質の表面に塗布し、焼成する方法がある。
【００１０】
【作用】本発明者は、燃料電極と固体電解質と気相とか
らなる三相界面の一部にマンガンを存在させると、燃料
電極の活性化分極が著しく小さくなり、SOFC単電池の出
力が向上することを見出し、本発明を完成した。しか
も、本発明によれば、ルテニウムのような高融点金属を
使用しないので、燃料電極を通常の方法で製造できる
し、ルテニウム、プラセオジウムといった高コストの希
少金属を用いる必要もない。
らなる三相界面の一部にマンガンを存在させると、燃料
電極の活性化分極が著しく小さくなり、SOFC単電池の出
力が向上することを見出し、本発明を完成した。しか
も、本発明によれば、ルテニウムのような高融点金属を
使用しないので、燃料電極を通常の方法で製造できる
し、ルテニウム、プラセオジウムといった高コストの希
少金属を用いる必要もない。
【００１１】燃料電極と固体電解質と気相とからなる三
相界面は、燃料電極の電気化学反応域である。この領域
にマンガンが存在することにより、活性化分極が小さく
なる理由は、必ずしも明らかでない。しかし、以下のよ
うに推測する。まず、通常の電気化学的反応式を以下に
示す。
相界面は、燃料電極の電気化学反応域である。この領域
にマンガンが存在することにより、活性化分極が小さく
なる理由は、必ずしも明らかでない。しかし、以下のよ
うに推測する。まず、通常の電気化学的反応式を以下に
示す。
【化１】Ｏ2-＋２Ｈ(ad.) → H2O (ガス) ＋２ｅ- この反応では、金属に解離、吸着された水素と、固体電
解質中を拡散してきた酸素イオンとが反応し、電子を放
出する。
解質中を拡散してきた酸素イオンとが反応し、電子を放
出する。
【００１２】これに対し、本発明では、電子伝導性を有
する酸化マンガン（MnOx) と、固体電解質中を拡散して
きた酸素イオンとが化合する。
する酸化マンガン（MnOx) と、固体電解質中を拡散して
きた酸素イオンとが化合する。
【化２】Ｏ2-＋ａMnOx →ａMnOx +1/a ＋２ｅ- 次いで、気相中の水素によって、酸化マンガンが還元さ
れる。
れる。
【化３】 ａMnOx+1/a＋ H2 ( ガス) →ａMnOx ＋ H2O（ガス) こうした新たな電気化学的反応系が加わることによっ
て、電極反応の活性が高まっているものと推測される。
て、電極反応の活性が高まっているものと推測される。
【００１３】固体電解質にマンガンを含有させる場合に
は、マンガンのモル比率を１〜15mol ％としなければな
らない。これが１ mol％未満であると、燃料電極の活性
を向上させる効果がさほど顕著ではない。これが15 mol
％を超えると、マンガン成分が固体電解質中に固溶しに
くくなり、マンガン相が粒界に析出する。これは、固体
電解質中の酸素イオン拡散を阻害する。マンガンを含有
させるべき固体電解質材料としては、アルカリ土類金属
元素又は希土類金属元素を含有するジルコニアが好適で
あり、特にイットリアで安定化したジルコニアを用いた
場合が、本発明の効果が大きい。
は、マンガンのモル比率を１〜15mol ％としなければな
らない。これが１ mol％未満であると、燃料電極の活性
を向上させる効果がさほど顕著ではない。これが15 mol
％を超えると、マンガン成分が固体電解質中に固溶しに
くくなり、マンガン相が粒界に析出する。これは、固体
電解質中の酸素イオン拡散を阻害する。マンガンを含有
させるべき固体電解質材料としては、アルカリ土類金属
元素又は希土類金属元素を含有するジルコニアが好適で
あり、特にイットリアで安定化したジルコニアを用いた
場合が、本発明の効果が大きい。
【００１４】燃料電極中にマンガンを含有させる場合に
は、そのモル比率を５〜50 mol％とする。この範囲から
マンガンの含有比率が外れると、燃料電極の活性向上効
果が急激に低下する。
は、そのモル比率を５〜50 mol％とする。この範囲から
マンガンの含有比率が外れると、燃料電極の活性向上効
果が急激に低下する。
【００１５】
（実施例１）図１に示すようなハーフセルを作製し、燃
料電極活性を測定する実験を行った。まず、８mol ％イ
ットリア安定化ジルコニアの円盤状焼結体１を用意した
（直径14mm、厚さ１mm) 。次いで、イットリア安定化ジ
ルコニア粉末と Mn3O4粉末とを、表１に示す割合で、自
動乳鉢にて２時間混合した。こうして得た原料粉末100
重量部に対し、テレピン油 400重量部を加え、更に自動
乳鉢にて混合し、スクリーン印刷用ペーストを作製し
た。
料電極活性を測定する実験を行った。まず、８mol ％イ
ットリア安定化ジルコニアの円盤状焼結体１を用意した
（直径14mm、厚さ１mm) 。次いで、イットリア安定化ジ
ルコニア粉末と Mn3O4粉末とを、表１に示す割合で、自
動乳鉢にて２時間混合した。こうして得た原料粉末100
重量部に対し、テレピン油 400重量部を加え、更に自動
乳鉢にて混合し、スクリーン印刷用ペーストを作製し
た。
【００１６】円盤状焼結体１の表面に、このスクリーン
印刷用ペーストを直径10mmの円形パターンでスクリーン
印刷し、100 ℃にて２時間乾燥した後、大気中 1400 ℃
にて２時間焼成した。これにより、マンガン酸化物を含
有する固体電解質膜２が形成された。この固体電解質膜
２の断面を走査型電子顕微鏡によって観察したところ、
固体電解質膜２はほぼ緻密に焼結し、円板状焼結体１と
も一体化していた。固体電解質膜２の厚さは約20μm で
あった。なお、固体電解質膜２内において、マンガンは
マンガン酸化物の形で存在している。しかし、マンガン
は多種類の酸化数を有しているし、酸素含有量は精密に
測定できないので、マンガン元素のモル比率を測定す
る。
印刷用ペーストを直径10mmの円形パターンでスクリーン
印刷し、100 ℃にて２時間乾燥した後、大気中 1400 ℃
にて２時間焼成した。これにより、マンガン酸化物を含
有する固体電解質膜２が形成された。この固体電解質膜
２の断面を走査型電子顕微鏡によって観察したところ、
固体電解質膜２はほぼ緻密に焼結し、円板状焼結体１と
も一体化していた。固体電解質膜２の厚さは約20μm で
あった。なお、固体電解質膜２内において、マンガンは
マンガン酸化物の形で存在している。しかし、マンガン
は多種類の酸化数を有しているし、酸素含有量は精密に
測定できないので、マンガン元素のモル比率を測定す
る。
【００１７】次いで、固体電解質膜２の表面に白金ペー
ストを直径６mmの円形パターンでスクリーン印刷し、ま
た円盤状焼結体１の表面に白金ペーストを直径６mmの円
形パターンでスクリーン印刷した。更に、円盤状焼結体
１の側周面に直径 0.3mmの白金線４を巻き付け、白金ペ
ーストを塗布した。ハーフセル全体を大気中1000℃にて
１時間焼き付け、燃料電極３Ａ、対極３Ｂを形成し、か
つ参照極としての白金線４を固定した。
ストを直径６mmの円形パターンでスクリーン印刷し、ま
た円盤状焼結体１の表面に白金ペーストを直径６mmの円
形パターンでスクリーン印刷した。更に、円盤状焼結体
１の側周面に直径 0.3mmの白金線４を巻き付け、白金ペ
ーストを塗布した。ハーフセル全体を大気中1000℃にて
１時間焼き付け、燃料電極３Ａ、対極３Ｂを形成し、か
つ参照極としての白金線４を固定した。
【００１８】
【表１】
【００１９】以下のようにして作製したハーフセルに対
し、室温で加湿した水素を燃料ガスとして流し、酸素を
酸化ガスとして流し、1000℃に昇温して発電させた。昇
温から４時間後に、交流インピーダンス法によって、燃
料電極の電荷移動抵抗を測定し、燃料電極の活性を評価
した。ただし、燃料電極での反応は、電荷移動速度で律
速されるものと考え、コールコールプロットの円弧の弦
をもって電荷移動抵抗とした。この測定結果を図２に示
す。図２から解るように、燃料電極３Ａと接する固体電
解質膜２中にマンガン酸化物が存在すると、電荷移動抵
抗が著しく下がり、電極反応の活性が上がっている。特
にマンガン含有量が１ mol％以上、更には５ mol％以上
で、電荷移動抵抗の減少が著しい。
し、室温で加湿した水素を燃料ガスとして流し、酸素を
酸化ガスとして流し、1000℃に昇温して発電させた。昇
温から４時間後に、交流インピーダンス法によって、燃
料電極の電荷移動抵抗を測定し、燃料電極の活性を評価
した。ただし、燃料電極での反応は、電荷移動速度で律
速されるものと考え、コールコールプロットの円弧の弦
をもって電荷移動抵抗とした。この測定結果を図２に示
す。図２から解るように、燃料電極３Ａと接する固体電
解質膜２中にマンガン酸化物が存在すると、電荷移動抵
抗が著しく下がり、電極反応の活性が上がっている。特
にマンガン含有量が１ mol％以上、更には５ mol％以上
で、電荷移動抵抗の減少が著しい。
【００２０】（実施例２）図３に示すようなハーフセル
を作製し、燃料電極の活性を測定した。まず、実施例１
に示したものと同じ、８ mol％イットリア安定化ジルコ
ニアからなる円盤状焼結体１を用意した（直径14 mm 、
厚さ１mm )。また、燃料電極材料として、８ mol％イッ
トリア安定化ジルコニア粉末、Mn3O4 粉末、NiO 粉末を
用意した。これらの粉末を表２に示した組成で調合し、
自動乳鉢にて２時間混合した。こうして得た混合粉末を
アルミナ製るつぼに入れ、大気中1100℃にて10時間仮焼
した。
を作製し、燃料電極の活性を測定した。まず、実施例１
に示したものと同じ、８ mol％イットリア安定化ジルコ
ニアからなる円盤状焼結体１を用意した（直径14 mm 、
厚さ１mm )。また、燃料電極材料として、８ mol％イッ
トリア安定化ジルコニア粉末、Mn3O4 粉末、NiO 粉末を
用意した。これらの粉末を表２に示した組成で調合し、
自動乳鉢にて２時間混合した。こうして得た混合粉末を
アルミナ製るつぼに入れ、大気中1100℃にて10時間仮焼
した。
【００２１】仮焼後の原料を自動乳鉢に入れて２時間粉
砕し、こうして得た原料粉末100 重量部に対し、テレピ
ン油を 350重量部と、有機バインダーとしてのエチルセ
ルロースを２重量部とを加え、乳鉢内で混合し、スクリ
ーン印刷用ペーストを作製した。
砕し、こうして得た原料粉末100 重量部に対し、テレピ
ン油を 350重量部と、有機バインダーとしてのエチルセ
ルロースを２重量部とを加え、乳鉢内で混合し、スクリ
ーン印刷用ペーストを作製した。
【００２２】固体電解質である８ mol％イットリア安定
化ジルコニアからなる円盤状焼結体１の表面に、各組成
のスクリーン印刷ペーストを直径６mmの円形パターンに
スクリーン印刷し、100 ℃にて２時間乾燥し、大気中13
50℃にて２時間焼成し、燃料電極膜５を形成した。次い
で、円盤状焼結体１のもう一方の表面に白金ペーストを
直径６mmの円形パターンでスクリーン印刷した。更に、
円盤状焼結体１の側周面に直径0.3mm の白金線４を巻き
付け、白金ペーストを塗布した。ハーフセル全体を大気
中1000℃にて１時間焼き付け、対極３Ｂを形成し、かつ
参照極としての白金線４を固定した。
化ジルコニアからなる円盤状焼結体１の表面に、各組成
のスクリーン印刷ペーストを直径６mmの円形パターンに
スクリーン印刷し、100 ℃にて２時間乾燥し、大気中13
50℃にて２時間焼成し、燃料電極膜５を形成した。次い
で、円盤状焼結体１のもう一方の表面に白金ペーストを
直径６mmの円形パターンでスクリーン印刷した。更に、
円盤状焼結体１の側周面に直径0.3mm の白金線４を巻き
付け、白金ペーストを塗布した。ハーフセル全体を大気
中1000℃にて１時間焼き付け、対極３Ｂを形成し、かつ
参照極としての白金線４を固定した。
【００２３】
【表２】
【００２４】以上のように作製したハーフセルを、実施
例１と同様にして発電させ、かつ交流インピーダンス法
によって、実施例１と同様にして燃料電極の電荷移動抵
抗を測定し、燃料電極の活性を評価した。この測定効果
を図４のグラフに示す。
例１と同様にして発電させ、かつ交流インピーダンス法
によって、実施例１と同様にして燃料電極の電荷移動抵
抗を測定し、燃料電極の活性を評価した。この測定効果
を図４のグラフに示す。
【００２５】図４の結果から、燃料電極内にマンガン酸
化物を存在させることによって、電極反応活性が著しく
減少していることが解る。また全金属元素に対するマン
ガンのモル比率を５〜50 mol％とすると、電荷移動抵抗
が特に下がることが解る。このモル比率は、10〜30 mol
％とすると、一層好ましい。なお、図４において、マン
ガン含有量が０％のときの電荷移動抵抗の大きさを100
％に換算したとき、線Ａが50％の水準を示し、線Ｂが25
％の水準を示す。また、実施例１，２の実験結果を総合
すれば、マンガン酸化物は、電極反応が起る、燃料電極
と固体電解質と気相との三相界面で作用していることが
解る。
化物を存在させることによって、電極反応活性が著しく
減少していることが解る。また全金属元素に対するマン
ガンのモル比率を５〜50 mol％とすると、電荷移動抵抗
が特に下がることが解る。このモル比率は、10〜30 mol
％とすると、一層好ましい。なお、図４において、マン
ガン含有量が０％のときの電荷移動抵抗の大きさを100
％に換算したとき、線Ａが50％の水準を示し、線Ｂが25
％の水準を示す。また、実施例１，２の実験結果を総合
すれば、マンガン酸化物は、電極反応が起る、燃料電極
と固体電解質と気相との三相界面で作用していることが
解る。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、燃
料電極と固体電解質と気相とからなる三相界面の一部に
マンガンを存在させているので、このマンガンが電極反
応に関与し、燃料電極の活性分極が著しく小さくなり、
SOFC単電池の出力が向上する。しかも、マンガンはルテ
ニウムのような高融点金属ではないので、燃料電極製造
上の困難はないし、コストも低い。従って、本発明は、
産業上極めて有益である。
料電極と固体電解質と気相とからなる三相界面の一部に
マンガンを存在させているので、このマンガンが電極反
応に関与し、燃料電極の活性分極が著しく小さくなり、
SOFC単電池の出力が向上する。しかも、マンガンはルテ
ニウムのような高融点金属ではないので、燃料電極製造
上の困難はないし、コストも低い。従って、本発明は、
産業上極めて有益である。
【図１】燃料電極の電荷移動抵抗を測定するのに用いた
ハーフセルの正面図である。
ハーフセルの正面図である。
【図２】固体電解質膜２中のマンガン含有量と電荷移動
抵抗との関係を示すグラフである。
抵抗との関係を示すグラフである。
【図３】燃料電極の電荷移動抵抗を測定するのに用いた
ハーフセルの正面図である。
ハーフセルの正面図である。
【図４】燃料電極膜５中のマンガン含有量と電荷移動抵
抗との関係を示すグラフである。
抗との関係を示すグラフである。
１ ８mol ％イットリア安定化ジルコニアからなる円盤
状焼結体 ２ マンガン酸化物を含む固体電解質膜 ３Ａ，５ 燃料電極膜 ３Ｂ 対極 ４ 参照極としての白金線
状焼結体 ２ マンガン酸化物を含む固体電解質膜 ３Ａ，５ 燃料電極膜 ３Ｂ 対極 ４ 参照極としての白金線
Claims (3)
- 【請求項１】 固体電解質型燃料電池の燃料電極と固体
電解質と気相とからなる三相界面の一部にマンガンが存
在していることを特徴とする、固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 前記固体電解質のうち少なくとも前記燃
料電極が設けられる側の面において、全金属元素に対す
るモル比率が１〜15 mol％の割合でマンガンが含有され
ている、請求項１記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 前記燃料電極中に、全金属元素に対する
モル比率が５〜 50mol ％の割合でマンガンが含有され
ている、請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4003883A JPH05190183A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4003883A JPH05190183A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190183A true JPH05190183A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=11569585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4003883A Withdrawn JPH05190183A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05190183A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000030194A1 (en) * | 1998-11-17 | 2000-05-25 | Forskningscenter Risø | Electrochemical cell |
| JP2001236969A (ja) * | 2000-02-23 | 2001-08-31 | Kyocera Corp | 固体電解質型燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池 |
| WO2005015671A1 (ja) * | 2003-08-06 | 2005-02-17 | Toto Ltd. | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2007227113A (ja) | 2006-02-23 | 2007-09-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電気化学反応セル高密度集積用の多孔質支持体、それから構成される電気化学反応セルスタック及び電気化学反応システム |
| US8304128B2 (en) | 2008-12-03 | 2012-11-06 | Topsoe Fuel Cell A/S | Solid oxide cell and solid oxide cell stack |
-
1992
- 1992-01-13 JP JP4003883A patent/JPH05190183A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000030194A1 (en) * | 1998-11-17 | 2000-05-25 | Forskningscenter Risø | Electrochemical cell |
| JP2001236969A (ja) * | 2000-02-23 | 2001-08-31 | Kyocera Corp | 固体電解質型燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池 |
| WO2005015671A1 (ja) * | 2003-08-06 | 2005-02-17 | Toto Ltd. | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2007227113A (ja) | 2006-02-23 | 2007-09-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電気化学反応セル高密度集積用の多孔質支持体、それから構成される電気化学反応セルスタック及び電気化学反応システム |
| US8304128B2 (en) | 2008-12-03 | 2012-11-06 | Topsoe Fuel Cell A/S | Solid oxide cell and solid oxide cell stack |
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