JPH05234604A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
- Publication number
- JPH05234604A JPH05234604A JP4033101A JP3310192A JPH05234604A JP H05234604 A JPH05234604 A JP H05234604A JP 4033101 A JP4033101 A JP 4033101A JP 3310192 A JP3310192 A JP 3310192A JP H05234604 A JPH05234604 A JP H05234604A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- oxide
- conductivity
- solid electrolyte
- solid
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
- H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
- H01M8/126—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing cerium oxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、燃料電池、特に固体電解質型に関
するもので、プロトンと酸化物イオンを伝導する伝導体
を燃料電池に用い、６５０℃〜８５０℃作動の高効率
で、信頼性の高い、長寿命な燃料電池を提供することを
目的とする。 【構成】 ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ3-α（０．２３＞ｘ＞
０．１６，１．５＞α＞０）望ましくはｘ＝０．２で現
される組成の酸化物焼結体を燃料電池の電解質に用い
る。この燃料電池は、従来の１０００℃での性能を６５
０℃〜８５０℃で達成することができ、電池本体の構成
材料（空気極、燃料極）ならびにバイポーラ板、インタ
ーコネクタ、マニホールドなどの周辺材料、構造材料に
非セラミックス材料を用いることができ、信頼性、寿命
を著しく向上させることができる。
するもので、プロトンと酸化物イオンを伝導する伝導体
を燃料電池に用い、６５０℃〜８５０℃作動の高効率
で、信頼性の高い、長寿命な燃料電池を提供することを
目的とする。 【構成】 ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ3-α（０．２３＞ｘ＞
０．１６，１．５＞α＞０）望ましくはｘ＝０．２で現
される組成の酸化物焼結体を燃料電池の電解質に用い
る。この燃料電池は、従来の１０００℃での性能を６５
０℃〜８５０℃で達成することができ、電池本体の構成
材料（空気極、燃料極）ならびにバイポーラ板、インタ
ーコネクタ、マニホールドなどの周辺材料、構造材料に
非セラミックス材料を用いることができ、信頼性、寿命
を著しく向上させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池、特に固体電
解質型燃料電池に関する。
解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、他の燃料電池
に比べ、液漏れ、液補充などの問題がなくメンテナンス
フリーであるなどの特徴を有している。また固体電解質
型燃料電池は、電解質の特性に依存して２００℃以下で
作動する低温型タイプと、１０００℃程度で作動する高
温型タイプとがある。高温型の燃料電池は、エネルギー
変換効率が高く、良質の排熱を利用することもできコジ
ェネレーションシステムとして有望なエネルギー変換機
である。更に、無触媒、燃料ガスの多様性があるなど優
れた特徴を持っている。
に比べ、液漏れ、液補充などの問題がなくメンテナンス
フリーであるなどの特徴を有している。また固体電解質
型燃料電池は、電解質の特性に依存して２００℃以下で
作動する低温型タイプと、１０００℃程度で作動する高
温型タイプとがある。高温型の燃料電池は、エネルギー
変換効率が高く、良質の排熱を利用することもできコジ
ェネレーションシステムとして有望なエネルギー変換機
である。更に、無触媒、燃料ガスの多様性があるなど優
れた特徴を持っている。
【０００３】これらの燃料電池は、電解質の特性に依存
するところが多く、作動温度もこの電解質の特性に依存
していた。低温型では有機高分子などの電解質が用いら
れてきた。このタイプの燃料電池では、燃料となる水素
ガスの活性化電極に主に白金が用いられ高価なうえ、低
温作動のためエネルギー効率（HHV）で４５％が限度で
あった。一方高温型では、酸化物電解質が用いられ、現
在ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）が主流であ
る。これは、酸素イオン伝導体であり、１０００℃で約
１ｘ１０-1Ｓ／ｃｍの伝導度である。高性能、高特性の
酸素イオン伝導体の探索が行われているが、現在のとこ
ろＹＳＺよりよい性能、特性の材料は見つけられていな
い。従来このＹＳＺを主成分とした電解質を用いて、燃
料電池が組み立てられてきた。高温作動であるため電池
本体の構成材料ならびにシールドなどの周辺材料は、ほ
とんどセラミックスが用いられている。電池周辺を構成
する構造材料として、アルミナ系の強化セラミックス、
また電極（空気極）材料として、La-Co系，La-Cr系，La
-Mn系の酸化物、さらに、燃料極には、セラミックス
（ジルコニア）と金属（Ni）を混合化したサーメットが
一般に用いられている。
するところが多く、作動温度もこの電解質の特性に依存
していた。低温型では有機高分子などの電解質が用いら
れてきた。このタイプの燃料電池では、燃料となる水素
ガスの活性化電極に主に白金が用いられ高価なうえ、低
温作動のためエネルギー効率（HHV）で４５％が限度で
あった。一方高温型では、酸化物電解質が用いられ、現
在ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）が主流であ
る。これは、酸素イオン伝導体であり、１０００℃で約
１ｘ１０-1Ｓ／ｃｍの伝導度である。高性能、高特性の
酸素イオン伝導体の探索が行われているが、現在のとこ
ろＹＳＺよりよい性能、特性の材料は見つけられていな
い。従来このＹＳＺを主成分とした電解質を用いて、燃
料電池が組み立てられてきた。高温作動であるため電池
本体の構成材料ならびにシールドなどの周辺材料は、ほ
とんどセラミックスが用いられている。電池周辺を構成
する構造材料として、アルミナ系の強化セラミックス、
また電極（空気極）材料として、La-Co系，La-Cr系，La
-Mn系の酸化物、さらに、燃料極には、セラミックス
（ジルコニア）と金属（Ni）を混合化したサーメットが
一般に用いられている。
【０００４】一方、固体電解質としては６００℃以上で
ジルコニア系以外に高いイオン伝導性を示すものに、ビ
スマス酸化物系、セリア系が報告されている。しかしな
がら、これらの系は還元雰囲気に弱く、化学的に不安定
なので電気化学デバイス、特に燃料電池などには適さな
い。また、多種の複合酸化物のイオン導電体が報告され
ているが、イオン伝導度も低く、化学的安定性も悪いも
のが多い。しかし、ある種のペロブスカイト型酸化物は
化学的に安定で、プロトンと酸化物イオンの混合イオン
導伝性を示し、１０００℃でＹＳＺ（イットリア安定化
ジルコニア）に近い導伝率をもつ。ペロブスカイト型酸
化物系の中でもＢａＣｅＯ3-αに第３元素を添加した系
が系統的に調べられ、第３元素にＹ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ
を添加した酸化物では、１０００℃で８ｘ１０-2Ｓ／ｃ
ｍ（ＢａＣｅ0.9（Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ）0.1Ｏ3-α）、８０
０℃で４．３ｘ１０-2Ｓ／ｃｍ，６００℃で１．６ｘ１
０-2Ｓ／ｃｍ（ＢａＣｅ0.85Ｇｄ0.15Ｏ3-α）、導電率
であることが報告されている。
ジルコニア系以外に高いイオン伝導性を示すものに、ビ
スマス酸化物系、セリア系が報告されている。しかしな
がら、これらの系は還元雰囲気に弱く、化学的に不安定
なので電気化学デバイス、特に燃料電池などには適さな
い。また、多種の複合酸化物のイオン導電体が報告され
ているが、イオン伝導度も低く、化学的安定性も悪いも
のが多い。しかし、ある種のペロブスカイト型酸化物は
化学的に安定で、プロトンと酸化物イオンの混合イオン
導伝性を示し、１０００℃でＹＳＺ（イットリア安定化
ジルコニア）に近い導伝率をもつ。ペロブスカイト型酸
化物系の中でもＢａＣｅＯ3-αに第３元素を添加した系
が系統的に調べられ、第３元素にＹ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ
を添加した酸化物では、１０００℃で８ｘ１０-2Ｓ／ｃ
ｍ（ＢａＣｅ0.9（Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ）0.1Ｏ3-α）、８０
０℃で４．３ｘ１０-2Ｓ／ｃｍ，６００℃で１．６ｘ１
０-2Ｓ／ｃｍ（ＢａＣｅ0.85Ｇｄ0.15Ｏ3-α）、導電率
であることが報告されている。
【０００５】ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ3-αについて、N.Bona
nosらが系統的に調べている。しかしながら、それらの
焼結体の密度は理論値の９２％にも満たないかたちであ
り、焼結体の合成法自体にもかなり問題がある。彼らの
報告によれば、ｘ＝０．１５の時、導電率は最高値を示
すことを報告している。
nosらが系統的に調べている。しかしながら、それらの
焼結体の密度は理論値の９２％にも満たないかたちであ
り、焼結体の合成法自体にもかなり問題がある。彼らの
報告によれば、ｘ＝０．１５の時、導電率は最高値を示
すことを報告している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記高温
型燃料電池の従来技術には次のような課題がある。構造
材料としてのセラミックスは、強度的に脆いなどの問題
があり、長期的な信頼性に欠ける。また電極（空気極）
材料としては、電子伝導性が低いなどの問題があった。
さらに、燃料極では、サーメットが一般に用いられてい
るが、これは金属の過焼結を防ぐ目的でセラミックスを
混合しており、セラミックを混合した分だけ電極での分
極が大きくなり燃料電池の性能を低下させている。しか
し、現在用いられている酸素イオン導伝体電解質は、操
作温度を下げると伝導率が著しく低下し、燃料電池自体
の性能を低下させる。現在まで、ＹＳＺと同程度に化学
的に安定性であり、かつＹＳＺより高い導電率特性を有
するイオン導電体は合成されていなかった。１０００℃
以下で、実用レベルの導電率は、少なくとも５ｘ１０ -2
Ｓ／ｃｍであり、このレベルを達成できるイオン伝導体
は、現在までには存在しなかった。溶液の蒸発、散出、
あるいは漏液のない全て固体系の優れた電気化学デバイ
スを創出するには、化学的・熱的安定性に優れかつ、高
イオン伝導な導電体の材料の開発とその合成法の確立と
いう点で大きな課題があった。
型燃料電池の従来技術には次のような課題がある。構造
材料としてのセラミックスは、強度的に脆いなどの問題
があり、長期的な信頼性に欠ける。また電極（空気極）
材料としては、電子伝導性が低いなどの問題があった。
さらに、燃料極では、サーメットが一般に用いられてい
るが、これは金属の過焼結を防ぐ目的でセラミックスを
混合しており、セラミックを混合した分だけ電極での分
極が大きくなり燃料電池の性能を低下させている。しか
し、現在用いられている酸素イオン導伝体電解質は、操
作温度を下げると伝導率が著しく低下し、燃料電池自体
の性能を低下させる。現在まで、ＹＳＺと同程度に化学
的に安定性であり、かつＹＳＺより高い導電率特性を有
するイオン導電体は合成されていなかった。１０００℃
以下で、実用レベルの導電率は、少なくとも５ｘ１０ -2
Ｓ／ｃｍであり、このレベルを達成できるイオン伝導体
は、現在までには存在しなかった。溶液の蒸発、散出、
あるいは漏液のない全て固体系の優れた電気化学デバイ
スを創出するには、化学的・熱的安定性に優れかつ、高
イオン伝導な導電体の材料の開発とその合成法の確立と
いう点で大きな課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
み、固体電解質に酸化物とプロトンの両イオンを伝導す
る高性能、高伝導度なイオン伝導体ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ
3-αを用い、６５０℃から８５０℃で電池を作動させ、
従来と同等の性能を保ちながら、電池本体の構成材料な
らびにシールドなどの周辺材料に金属あるいは合金材料
を用いることにより、長期安定した構造かつ高効率なエ
ネルギー変換をもたらす燃料電池を実現するものであ
る。また、望ましくは、イオン伝導体ＢａＣｅ1-xＧｄx
Ｏ3-αがＸ＝０．２であることを特徴とする。
み、固体電解質に酸化物とプロトンの両イオンを伝導す
る高性能、高伝導度なイオン伝導体ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ
3-αを用い、６５０℃から８５０℃で電池を作動させ、
従来と同等の性能を保ちながら、電池本体の構成材料な
らびにシールドなどの周辺材料に金属あるいは合金材料
を用いることにより、長期安定した構造かつ高効率なエ
ネルギー変換をもたらす燃料電池を実現するものであ
る。また、望ましくは、イオン伝導体ＢａＣｅ1-xＧｄx
Ｏ3-αがＸ＝０．２であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】６５０℃から８５０℃で高伝導、高性能なプロ
トン・酸化物伝導体ＢａＣｅ1- xＧｄxＯ3-αを電解質に
用いることにより、電池を８５０℃以下で高効率に操作
させ、電池本体の構成材料ならびにシールドなどの周辺
材料に非セラミックス材料を用いる固体電解質型燃料電
池は、長期安定した構造かつ高効率なエネルギー変換を
可能にする。
トン・酸化物伝導体ＢａＣｅ1- xＧｄxＯ3-αを電解質に
用いることにより、電池を８５０℃以下で高効率に操作
させ、電池本体の構成材料ならびにシールドなどの周辺
材料に非セラミックス材料を用いる固体電解質型燃料電
池は、長期安定した構造かつ高効率なエネルギー変換を
可能にする。
【０００９】
（実施例１）本実施例は、イオン伝導性酸化物ＢａＣｅ
1-xＧｄxＯ3-α（ｘ＝０．１５，０．２，０．２５）焼
結体を合成し、燃料電池条件下、６００℃〜１０００℃
の温度範囲においてその導電率を調べたものである。ま
た、燃料電池放電時のイオン輸率を測定し、プロトンと
酸化物イオンが同時に伝導していることを調べたもので
ある。
1-xＧｄxＯ3-α（ｘ＝０．１５，０．２，０．２５）焼
結体を合成し、燃料電池条件下、６００℃〜１０００℃
の温度範囲においてその導電率を調べたものである。ま
た、燃料電池放電時のイオン輸率を測定し、プロトンと
酸化物イオンが同時に伝導していることを調べたもので
ある。
【００１０】ＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-α酸化物の合成は
固相反応法を用いた。酢酸バリウム（Ｂａ（ＣＨ3ＣＯ
Ｏ）2）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化ガドリニウム
（Ｇｄ2Ｏ3）粉末をそれぞれ所定のモル比で混合し、メ
ノウ乳鉢中エタノール溶媒を用いて粉砕混合を行った。
充分に混合した後、溶媒を飛ばし、更にバーナーで脱
脂、再度メノウ乳鉢中で粉砕混合を繰り返した後、円柱
状にプレス成形して１３００℃、１０時間焼成を行っ
た。焼成したものを粗粉砕、その後ベンゼン溶媒中遊星
ボールミル粉砕をして３μｍ程度に造粒した。得られた
粉末を１５０℃真空乾燥した後、２トン／ｃｍ2で静水
圧プレスをして円柱に成形し、直ちに１６５０℃、１０
時間焼成して、焼結体を合成した。この焼結体の密度
は、理論密度の９８％であった。
固相反応法を用いた。酢酸バリウム（Ｂａ（ＣＨ3ＣＯ
Ｏ）2）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化ガドリニウム
（Ｇｄ2Ｏ3）粉末をそれぞれ所定のモル比で混合し、メ
ノウ乳鉢中エタノール溶媒を用いて粉砕混合を行った。
充分に混合した後、溶媒を飛ばし、更にバーナーで脱
脂、再度メノウ乳鉢中で粉砕混合を繰り返した後、円柱
状にプレス成形して１３００℃、１０時間焼成を行っ
た。焼成したものを粗粉砕、その後ベンゼン溶媒中遊星
ボールミル粉砕をして３μｍ程度に造粒した。得られた
粉末を１５０℃真空乾燥した後、２トン／ｃｍ2で静水
圧プレスをして円柱に成形し、直ちに１６５０℃、１０
時間焼成して、焼結体を合成した。この焼結体の密度
は、理論密度の９８％であった。
【００１１】この円柱焼結体を、厚さ０．５ｍｍ，直径
１４ｍｍのディスクに加工し、その両面に０．５ｃｍ2
の面積なるように白金ペーストを塗布、焼き付け測定試
料とした。
１４ｍｍのディスクに加工し、その両面に０．５ｃｍ2
の面積なるように白金ペーストを塗布、焼き付け測定試
料とした。
【００１２】この試料の各々の極に水素ガスと空気を供
給して導電率を測定した。ただし導電率は、交流インピ
ーダンス法による抵抗値から算出し、測定装置中のリー
ド抵抗成分を完全に補正している。導電率をアレニウス
プロットとして図１に示す。図から明らかなように、Ｂ
ａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-α酸化物の導電率は、８００℃
で、1x10-1Ｓ／ｃｍであり、また、ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ
3-αのｘ＝０．１６以上０．２５以下の間でも従来のイ
ットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）より導電率が高い
ことが分かった。
給して導電率を測定した。ただし導電率は、交流インピ
ーダンス法による抵抗値から算出し、測定装置中のリー
ド抵抗成分を完全に補正している。導電率をアレニウス
プロットとして図１に示す。図から明らかなように、Ｂ
ａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-α酸化物の導電率は、８００℃
で、1x10-1Ｓ／ｃｍであり、また、ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ
3-αのｘ＝０．１６以上０．２５以下の間でも従来のイ
ットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）より導電率が高い
ことが分かった。
【００１３】この伝導種としては、プロトン、酸化物イ
オン、電子、ホールが考えられる。電子伝導（電子、ホ
ール）とイオン伝導を見分けるため、種々のガスの濃淡
電池、つまり水素濃淡電池および酸素濃淡電池と酸素−
水素の燃料電池を構成し、その起電力により調べた。そ
の結果、いずれの電池を構成した時でも、理論起電力を
示し電子伝導は微小であることがわかった。また特に、
燃料電池で放電時に、発生する水蒸気量から移動伝導種
が何かを調べたところ、６００℃では、ほぼプロトン
が、また１０００℃付近では酸化物イオンが主伝導種で
あり、その間の温度では、プロトンと酸化物イオンの両
方が移動していることがわかった（図２）。
オン、電子、ホールが考えられる。電子伝導（電子、ホ
ール）とイオン伝導を見分けるため、種々のガスの濃淡
電池、つまり水素濃淡電池および酸素濃淡電池と酸素−
水素の燃料電池を構成し、その起電力により調べた。そ
の結果、いずれの電池を構成した時でも、理論起電力を
示し電子伝導は微小であることがわかった。また特に、
燃料電池で放電時に、発生する水蒸気量から移動伝導種
が何かを調べたところ、６００℃では、ほぼプロトン
が、また１０００℃付近では酸化物イオンが主伝導種で
あり、その間の温度では、プロトンと酸化物イオンの両
方が移動していることがわかった（図２）。
【００１４】ＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-α酸化物を還元雰
囲気中、空気雰囲気中１０００℃で、また室温空気中
で、１０００時間放置しておきその後の表面状態と、導
電率特性を調べた。その結果、いずれの条件の後でも、
表面状態および導電率に変化はなく、この酸化物が化学
的に非常に安定であることがわかった。
囲気中、空気雰囲気中１０００℃で、また室温空気中
で、１０００時間放置しておきその後の表面状態と、導
電率特性を調べた。その結果、いずれの条件の後でも、
表面状態および導電率に変化はなく、この酸化物が化学
的に非常に安定であることがわかった。
【００１５】以上本実施例に示したように、ＢａＣｅ
1-xＧｄxＯ3-α酸化物は、６００℃から１０００℃の温
度においてプロトンと酸化物イオンを同時に伝導する高
イオン伝導性酸化物であり、また化学的に安定で、燃料
電池用固体電解質として従来にない高性能なイオン伝導
体であることが証明された。
1-xＧｄxＯ3-α酸化物は、６００℃から１０００℃の温
度においてプロトンと酸化物イオンを同時に伝導する高
イオン伝導性酸化物であり、また化学的に安定で、燃料
電池用固体電解質として従来にない高性能なイオン伝導
体であることが証明された。
【００１６】（実施例２）本発明による実施例は、発明
したイオン伝導体が燃料電池固体電解質として６５０℃
〜８５０℃で良好に放電するかを調べたものである。本
発明のイオン伝導体ＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-αを電解質
に用い、これを直径１４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍに加工し
て、その両側に空気極、燃料極としてＰｔを焼き付け、
単電池を構成した。燃料ガスとして水素ガス８０％、炭
酸ガス１９％、水蒸気１％の組成の混合ガスを、酸化剤
ガスとして空気を用い、各々２００ｃｃ／ｍｉｎ.の流
量で供給した。放電特性測定は、直流４端子法で行っ
た。Ｉ−Ｖ特性を測定した結果、図３に示す性能を得
た。放電は、６００℃でも非常に安定しており、８００
℃でＹＳＺ電解質を用いた電池の１０００℃での放電と
ほぼ同程度であることが分かった。
したイオン伝導体が燃料電池固体電解質として６５０℃
〜８５０℃で良好に放電するかを調べたものである。本
発明のイオン伝導体ＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-αを電解質
に用い、これを直径１４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍに加工し
て、その両側に空気極、燃料極としてＰｔを焼き付け、
単電池を構成した。燃料ガスとして水素ガス８０％、炭
酸ガス１９％、水蒸気１％の組成の混合ガスを、酸化剤
ガスとして空気を用い、各々２００ｃｃ／ｍｉｎ.の流
量で供給した。放電特性測定は、直流４端子法で行っ
た。Ｉ−Ｖ特性を測定した結果、図３に示す性能を得
た。放電は、６００℃でも非常に安定しており、８００
℃でＹＳＺ電解質を用いた電池の１０００℃での放電と
ほぼ同程度であることが分かった。
【００１７】本実施例で明らかなように、本発明による
プロトンと酸化物イオンを同時に伝導するＢａＣｅ1-x
ＧｄxＯ3-α酸化物は、燃料電池用固体電解質として６
５０℃〜８５０℃で良好に作動し、この温度領域で従来
型のものと同等の出力を取り出せることが明らかになっ
た。
プロトンと酸化物イオンを同時に伝導するＢａＣｅ1-x
ＧｄxＯ3-α酸化物は、燃料電池用固体電解質として６
５０℃〜８５０℃で良好に作動し、この温度領域で従来
型のものと同等の出力を取り出せることが明らかになっ
た。
【００１８】なお、本実施例の固体電解質にはイオン伝
導体としてＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-αを用いたが、Ｇｄ
の置換量が１６％〜２３％の組成のＢａＣｅ1-xＧｄxＯ
3-α酸化物でも良好な伝導特性と化学的に安定であるこ
とを確認しており、実施例と同様の燃料電池を構成する
ことが可能である。
導体としてＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-αを用いたが、Ｇｄ
の置換量が１６％〜２３％の組成のＢａＣｅ1-xＧｄxＯ
3-α酸化物でも良好な伝導特性と化学的に安定であるこ
とを確認しており、実施例と同様の燃料電池を構成する
ことが可能である。
【００１９】また本実施例では、空気極にＰｔ、および
燃料極にＰｔを用いた例を示しているが、電極材料は、
酸化物やサーメットなどどのようなものでも良く、固体
電解質、空気極、燃料極の作製法は、焼結、焼付けのほ
か、物理的、化学的成長法であっても、塗布法であって
ももちろん良い。本発明は、高伝導率を有する酸化物・
プロトン伝導体ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ3-α（０．１６＜Ｘ
＜０．２３）を燃料電池の固体電解質に用いることと、
その燃料電池を６５０℃〜８５０℃の範囲において作動
させることであって、電池構成、製法、制御は如何なる
手法をとっても良い。
燃料極にＰｔを用いた例を示しているが、電極材料は、
酸化物やサーメットなどどのようなものでも良く、固体
電解質、空気極、燃料極の作製法は、焼結、焼付けのほ
か、物理的、化学的成長法であっても、塗布法であって
ももちろん良い。本発明は、高伝導率を有する酸化物・
プロトン伝導体ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ3-α（０．１６＜Ｘ
＜０．２３）を燃料電池の固体電解質に用いることと、
その燃料電池を６５０℃〜８５０℃の範囲において作動
させることであって、電池構成、製法、制御は如何なる
手法をとっても良い。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、６５０℃から８５０℃で高伝
導、高性能なプロトン・酸化物伝導体を電解質に用いる
ことにより、燃料電池を８５０℃以下で高効率に操作さ
せることができ、電池本体の構成材料（空気極、燃料
極）ならびにバイポーラ板、インターコネクタ、マニホ
ールドなどの周辺材料、構造材料に非セラミックス材料
を用いることができる。その結果、高効率で信頼性の高
い、長寿命な燃料電池が構築される。
導、高性能なプロトン・酸化物伝導体を電解質に用いる
ことにより、燃料電池を８５０℃以下で高効率に操作さ
せることができ、電池本体の構成材料（空気極、燃料
極）ならびにバイポーラ板、インターコネクタ、マニホ
ールドなどの周辺材料、構造材料に非セラミックス材料
を用いることができる。その結果、高効率で信頼性の高
い、長寿命な燃料電池が構築される。
【図１】本発明の実施例における導電率のアレニウスプ
ロットの特性図
ロットの特性図
【図２】本発明の実施例における電解質のイオン（酸化
物イオンとプロトン）輸率の特性図
物イオンとプロトン）輸率の特性図
【図３】本発明の実施例における燃料電池の放電特性図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蒲生 孝治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 安本 栄一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】一対のガス拡散電極間に固体電解質を配設
し、各々電極に還元ガス、酸化性ガスを供給して電力を
取り出す燃料電池において、、前記固体電解質がＢａ−
Ｃｅ−Ｏ系であり、プロトン伝導性と酸化物イオン伝導
性を有する混合イオン伝導性酸化物であることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】イオン伝導性酸化物が組成式ＢａＣｅ1-x
ＧｄxＯ3-α（１＞ｘ＞０，１．５＞α＞０）で表され
るペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする請求
項１記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ3-α（１＞ｘ＞０，
１．５＞α＞０）で表される組成を持つペロブスカイト
型酸化物で、ｘが０．１６から０．２３であることを特
徴とする請求項２記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】ペロブスカイト型酸化物が主としてＢａＣ
ｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-αの組成であることを特徴とする請求
項３記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項５】一対のガス拡散電極間に、固体電解質を配
設し、各々電極に還元ガス、酸化性ガスを供給して電力
を取り出す燃料電池において、固体電解質が、プロトン
伝導性と酸化物イオン伝導性を有する混合イオン伝導性
酸化物であり、この燃料電池が温度域６５０℃から８５
０℃の間で作動することを特徴とする固体電解質型燃料
電池。 - 【請求項６】イオン伝導性酸化物ＢａＣｅ1-xＧｄxＯ3-
αにおいて、ｘ＝０．１６〜０．２３のペロブスカイト
型酸化物であることを特徴とする請求項５記載の固体電
解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03310192A JP3160993B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03310192A JP3160993B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05234604A true JPH05234604A (ja) | 1993-09-10 |
| JP3160993B2 JP3160993B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=12377278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03310192A Expired - Fee Related JP3160993B2 (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3160993B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6528195B1 (en) | 1999-02-17 | 2003-03-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Mixed ionic conductor and device using the same |
| JP2006054170A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-02-23 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | プロトン導電性酸化物膜−水素透過膜複合膜型電解質およびこれを用いた電気化学デバイス |
| JP2007059257A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 固体酸化物形燃料電池用燃料極および固体酸化物形燃料電池 |
| JP2007141492A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Kyocera Corp | 燃料電池セル |
| JP2016173989A (ja) * | 2004-02-10 | 2016-09-29 | セレス インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド | 混合されたイオン／電子伝導性電解質を用いた固体電解質燃料電池スタックを作動する方法および装置 |
-
1992
- 1992-02-20 JP JP03310192A patent/JP3160993B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6528195B1 (en) | 1999-02-17 | 2003-03-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Mixed ionic conductor and device using the same |
| US7491461B2 (en) | 1999-02-17 | 2009-02-17 | Panasonic Corporation | Mixed ionic conductor and device using the same |
| JP2016173989A (ja) * | 2004-02-10 | 2016-09-29 | セレス インテレクチュアル プロパティー カンパニー リミテッド | 混合されたイオン／電子伝導性電解質を用いた固体電解質燃料電池スタックを作動する方法および装置 |
| JP2006054170A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-02-23 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | プロトン導電性酸化物膜−水素透過膜複合膜型電解質およびこれを用いた電気化学デバイス |
| JP2007059257A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 固体酸化物形燃料電池用燃料極および固体酸化物形燃料電池 |
| JP2007141492A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Kyocera Corp | 燃料電池セル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3160993B2 (ja) | 2001-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2003248994B2 (en) | Perovskite-based fuel cell electrode and membrane | |
| Xia et al. | Novel cathodes for low‐temperature solid oxide fuel cells | |
| JP3317523B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP4608047B2 (ja) | 混合イオン伝導体およびこれを用いたデバイス | |
| JP2882104B2 (ja) | プロトン伝導体およびその製造方法 | |
| Yamaura et al. | Cathodic polarization of strontium-doped lanthanum ferrite in proton-conducting solid oxide fuel cell | |
| Taillades et al. | Intermediate temperature anode‐supported fuel cell based on BaCe0. 9Y0. 1O3 electrolyte with novel Pr2NiO4 cathode | |
| Huang et al. | Performance of La0. 75Sr0. 25Cr0. 5Mn0. 5O3− δ perovskite-structure anode material at lanthanum gallate electrolyte for IT-SOFC running on ethanol fuel | |
| US5281490A (en) | Process for producing solid oxide fuel cells | |
| CN107017423B (zh) | 一种低温固体氧化物燃料电池及其制备方法 | |
| CN104409742A (zh) | 一种BaCoO3-δ基B位Bi2O3和Nb2O5共掺杂的固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用 | |
| Peña-Martínez et al. | SOFC test using Ba0. 5Sr0. 5Co0. 8Fe0. 2O3− δ as cathode on La0. 9Sr0. 1Ga0. 8Mg0. 2O2. 85 electrolyte | |
| Zhang et al. | Performance of Cobalt‐free La0. 6Sr0. 4Fe0. 9Ni0. 1O3–δ Cathode Material for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells | |
| CA2319358A1 (en) | Improved lanthanum manganite-based air electrode for solid oxide fuel cells | |
| JP5219370B2 (ja) | イオン伝導体 | |
| Zhang et al. | Spin-coating derived solid oxide fuel cells operated at temperatures of 500° C and below | |
| Wang et al. | Investigation of LSM1. 1–ScSZ composite cathodes for anode-supported solid oxide fuel cells | |
| JP3160993B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| Lü et al. | Performances of SmBaCoCuO5+ δ–Ce0. 9Gd0. 1O1. 95 composite cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells | |
| JP2870126B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP2002097021A (ja) | 高温導電性酸化物、燃料電池用電極及び該電極を用いた燃料電池 | |
| Song et al. | A new candidate as the cathode material for intermediate and low temperature SOFCs | |
| CN100419012C (zh) | 一种复合造孔剂及利用其制备阳极支撑体的方法 | |
| Fu et al. | Chemical Bulk Diffusion Coefficient of a La 0.5 Sr 0.5 CoO 3− δ Cathode for Intermediate‐Temperature Solid Oxide Fuel Cells | |
| Fu et al. | Composite cathodes of La0. 9Ca0. 1Ni0. 5Co0. 5O3–Ce0. 8Sm0. 2O1. 9 for solid oxide fuel cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |