JPH06267571A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JPH06267571A
JPH06267571A JP5053993A JP9353993A JPH06267571A JP H06267571 A JPH06267571 A JP H06267571A JP 5053993 A JP5053993 A JP 5053993A JP 9353993 A JP9353993 A JP 9353993A JP H06267571 A JPH06267571 A JP H06267571A
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Kiyoyuki Morimoto
清幸 森本
Naoyuki Nishimura
直之 西村
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温で長時間使用しても物理的に安定で、し
かも安定した電池性能が得られる燃料電池を提供する。 【構成】 数〜サブμmのNiO粒子表面に、化学蒸着
法(CVD)によってAl2 3 を蒸着し、このNiO
粒子を800〜1200℃で1〜10時間焼成して表面
にNiAl2 4 層を形成する。次いで、このNiAl
2 4 がコーティングされたNiO粒子を用い、原料粉
末の混合、仮焼、粉砕・分級、成形および本焼成という
工程を経て、Niを40vol%含んだNi−YSZサ
ーメットを作製し、これを燃料極材および燃料側電極に
当接される集電板材として用いて燃料電池を構成する。 【効果】 高温安定性に優れた燃料電池が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
に係り、特に高温安定性の高い固体電解質型燃料電池に
関する。
【0002】
【従来の技術】低公害のエネルギ源として注目を集めて
いる燃料電池は、起電反応の源となる、活物質としての
燃料と酸化剤とを外部から連続的に供給して電気エネル
ギとして取り出すとともに、反応生成物を連続的に排出
することができる電池である。このような燃料電池の中
で電解質の漏洩のおそれがなく、反応速度が大きいとし
て注目されているのが固体電解質型燃料電池である。
【0003】固体電解質型燃料電池(以下、SOFCと
いうことがある)の固体電解質としては、例えばZrO
2 −Y2 3 (YSZ)、CeO2 −CaO、CeO2
−Y 2 3 系のものが使用されており、また、酸素極材
料としては、例えばLaCoO3 、La0.7 Sr0.3
nO3 、La0.7 Ca0.3 MnO3 、La0.6 Ba0. 4
Co0.8 Cu0.2 3 等が、一方、燃料極材料として
は、例えば金属成分としてニッケル(Ni)を含むNi
O+MgO、NiO+MgAl2 4 、NiO+NiA
2 4 、またはNiO−ZrO2 −Y2 3 等のサー
メットが使用されていた。
【0004】このような燃料極材として使用されるNi
−サーメットは、一般に、NiO+YSZ粉末を混合、
仮焼、粉砕、本焼成という固相反応法によって生成され
ており、ニッケル単体を用いないで、YSZを添加した
Niの複合材料としたことにより、Niの凝集および材
料の焼結の進行が抑制されている。なお、ガスセパレー
タまたはガス流路部材料としては、例えばカルシア安定
化ジルコニア(CSZ)、アルミナ(Al2 3 )、L
aCrO3 系のペロブスカイト等が使用されている。
【0005】SOFCの固体電解質上でのガス電極反応
は、反応ガス、固体電解質および電子導電体の三相が相
接する場所で進行するので、このような三相接触点をで
きるだけ多くし、ガスが反応点に容易に到達できるよ
う、また反応生成物が外部に容易に散逸できるようにす
るために、燃料極材料としては適当な気孔を有すること
が要求される。
【0006】ところでSOFCの作動温度は1000℃
程度と高く、局所的には1100〜1300℃に達する
部分もあり、一方、Niの融点は1450℃である。従
ってSOFCの作動温度において、Niは必ずしも物理
的に安定であるとはいい難く、現実に燃料極材として前
述したNi−サーメット(Ni+YSZ)を使用したS
OFCを長時間作動させた場合、燃料極材の焼結および
Niの凝集等により、電池性能が低下するという現象が
みられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解決し、高温で長時間使用しても経
時劣化することなく物理的に安定で、しかも安定した電
池性能を得ることができる固体電解質型燃料電池を提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、固体電解質膜の両面にそれぞれ燃料側電極膜
および酸素側電極膜を積層した単セルの前記両電極膜に
集電板を当接し、ガスセパレータまたはガス流路部材を
介して多数積層した固体電解質型燃料電池において、前
記燃料側電極膜および該燃料側電極膜に当接される集電
板をNiAl24 でコーティングしたNiOを用いた
Ni−サーメットで構成したことを特徴とする。
【0009】
【作用】燃料側電極膜および該燃料側電極膜に当接され
る集電板を難焼結性のNiAl 2 4 でコーティングし
たNiO粒子を用いたNi−サーメットで構成したこと
により、固体電解質型燃料電池の発電温度である100
0℃程度の高温においてもNiの凝集および材料の焼結
が生じないので、燃料側電極膜およびこれに当接される
集電板の高温安定性が向上し、適度な気孔性が保持され
る。従って、ガス電極反応が安定し、長時間安定した電
池性能が得られる。
【0010】本発明において、NiAl2 4 でコーテ
ィングしたNiO粒子とは、表面に難焼結性のNiAl
2 4 層が形成されたNiO粒子であり、例えば化学蒸
着法(CVD)またはスラリーコーティング法によって
NiO粒子表面に薄いAl23 (またはAl)層を形
成し、次いでこの粒子を800〜1200℃で1〜10
時間焼成することによって得られる。
【0011】サーメットとは、一般に金属炭化物、ホウ
化物または酸化物と金属との共焼結体をいい、本発明に
おけるNi−サーメットは、前記表面に難焼結性のNi
Al 2 4 層が形成されたNiOと、例えばZrO2
MgO、MgAl2 4 またはNiAl2 4 等からな
るサーメットがあげられる。このようなNi−サーメッ
トは前記表面にNiAl2 4 層が形成されたNiO粒
子を用いて公知の方法、例えば原料粉末の混合、仮焼、
粉砕・分級、成形、および本焼成というプロセスにより
作製される。
【0012】本発明において燃料極材として使用するN
iAl2 4 をコーティングしたNiO粒子を用いて製
作したNi−サーメットは、高温における安定性が非常
に高いので、燃料改質触媒としても有用であり、活性低
下がなく、安定な触媒性能を得ることができる。
【0013】
【実施例】次に本発明を実施例によってさらに詳細に説
明する。 実施例1 数〜サブμmのNiO粒子表面に、例えば化学蒸着法
(CVD)によってAl 2 3 を蒸着し、この粒子を8
00〜1200℃で1〜10時間焼成して表面に難焼結
性のNiAl2 4 層を形成する。次いで、このNiA
2 4 がコーティングされたNiO粒子を用い、原料
粉末の混合(NiO+YSZ)、仮焼(条件:800〜
1200℃/1〜10時間)、粉砕・分級(≦106μ
m)、成形および本焼成(条件:1300〜1600℃
/3〜15時間)という工程を経て、NiOを40vo
l%(還元時)含有するサーメット(Ni+YSZ)を
作製した。図1は、このようにして製作したNi−YS
Zサーメットの材料構造を模式的に示した図、図2はそ
の一部拡大図である。図において、Ni−YSZサーメ
ットのNiO粒子表面が難焼結性のNiAl2 4 でコ
ーティングされている。
【0014】このNi−サーメットを燃料極材および燃
料側電極に当接される集電板材料として用いて固体電解
質型燃料電池を構成し、1000℃で1000時間の発
電実験をした。実験開始時および終了時の燃料極材を走
査型電子顕微鏡(SEM)で分析したことろ、発電前後
における焼結性の差異は認められなかった。また実験終
了後、燃料極材中のNiの分布状態をEPMA(元素分
析)分析したところ、従来技術でみられるようなNiの
凝集は認められなかった。
【0015】本実施例における低電流密度域(0〜0.
5Acm-2)における燃料側電極の分極特性(IR補正あ
り)を、NiAl2 4 がコーティングされていないN
iO粒子を用いたNi−サーメットからなる従来技術と
比較して図3に示した。図において、表面に難焼結性の
NiAl2 4 をコーティングしたNiO粒子を用いた
本実施例は分極値が低くなっていることが分かる。従っ
て、本実施例によれば、SOFCの発電が行われる低電
流密度域での分極値が低減されることにより、発電効率
が向上する。このような効果は、1000時間の発電実
験終了後においても認められた。表1は、本実施例にお
ける1000時間の発電実験前後の燃料側電極の分極変
化を、従来技術と比較して示したものである。
【0016】
【表1】 (負荷=0.5A/cm2 ) η :燃料側電極の分極値(IR補正あり) 表1において、本実施例の場合は燃料側電極の分極値が
ほとんど変化していないことが分かる。
【0017】実施例2 図4は、本発明の他の実施例に用いた燃料極材の材料構
造を示す模式図である。この燃料極材は、先ず、従来法
で作製した燃料極材(NiAl2 4 コーティングして
いないNiO使用)の仮焼済み粉末にカーボン等の増孔
材を添加、混合し、所定の形状に成形したものを焼成す
ることにより多孔質のNiO−サーメットを作製し、次
いで化学蒸着法(CVD)またはメッキ法によってサー
メット中のNiO粒子表面をAl2 3 で被覆し、その
後、700〜1200℃で1〜10時間再焼成して前記
NiO表面にNiAl2 4 被膜を形成したものであ
る。このようなNi−YSZサーメットを用いて燃料側
電極を製作しても上記実施例1と同様、高温の酸化還元
雰囲気で長時間使用しても経時変化のない、安定な燃料
電池となる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、燃料側電極および該燃
料側電極に当接される集電体材料として表面に難焼結性
のNiAl2 4 をコーティングしたNiO粒子を用い
たNi−YSZサーメットを使用したことにより、高温
で長時間使用しても良好な電池性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例で燃料極材として使用したN
i−YSZサーメットの結晶構造を示す模式図。
【図2】図1の一部拡大図。
【図3】本発明の一実施例における燃料極材の分極特性
を示す図。
【図4】本発明の他の実施例で燃料極材として使用した
Ni−YSZサーメットの材料構造を示す模式図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質膜の両面にそれぞれ燃料側電
    極膜および酸素側電極膜を積層した単セルの前記両電極
    膜に集電板を当接し、ガスセパレータまたはガス流路部
    材を介して多数積層した固体電解質型燃料電池におい
    て、前記燃料側電極膜および該燃料側電極膜に当接され
    る集電板をNiAl2 4 でコーティングしたNiOを
    用いたNi−サーメットで構成したことを特徴とする固
    体電解質型燃料電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009193775A (ja) 2008-02-13 2009-08-27 Toshiba Corp 電気化学セルならびにその製造方法および運転方法
JP2010073648A (ja) * 2008-09-22 2010-04-02 Toshiba Corp 固体酸化物型電気化学セル
JP5163122B2 (ja) * 2005-08-18 2013-03-13 住友金属鉱山株式会社 固体電解質型燃料電池用の酸化ニッケル粉末材料、その製造方法、それに用いられる原料組成物及びそれを用いた燃料極材料

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KR101499622B1 (ko) * 2005-08-18 2015-03-06 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 고체 산화물형 연료전지용 산화니켈 분말 재료, 그것의제조방법, 그에 사용되는 원료 조성물 및 산화니켈 분말재료를 사용한 연료극 재료
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