JPH06349503A - 固体電解質型電解セル - Google Patents

固体電解質型電解セル

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JPH06349503A
JPH06349503A JP5135661A JP13566193A JPH06349503A JP H06349503 A JPH06349503 A JP H06349503A JP 5135661 A JP5135661 A JP 5135661A JP 13566193 A JP13566193 A JP 13566193A JP H06349503 A JPH06349503 A JP H06349503A
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JP
Japan
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solid electrolyte
fuel electrode
oxygen
electrode side
oxide
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Withdrawn
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JP5135661A
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Junichi Kanzaki
潤一 神前
Satoshi Uchida
聡 内田
Koji Ikeda
浩二 池田
Osao Kudome
長生 久留
Katsumi Nagata
勝巳 永田
Nobuaki Murakami
信明 村上
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124Fuel 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
    • H01M8/1246Fuel 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0088Composites
    • H01M2300/0094Composites in the form of layered products, e.g. coatings
    • YGENERAL 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体電解質燃料電池や高温水蒸気電解セルの
ような固体電解質型電解セルに関する。 【構成】 燃料極、固体電解質、空気極からなる固体電
解質型電解セルにおいて、空気極側の固体電解質が(C
eO2 1-x (MO1.5 x (こゝにおいて、M:希土
類元素又はCa、x:0.1〜0.3、特に0.2)よ
りなるセリア系酸化物、燃料極側の固体電解質がイット
リア部分安定化ジルコニアの2相構造の固体電解質より
なる固体電解質型電解セル。

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燃料電池や高
温水蒸気電解装置の固体電解質型電解セルに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電解セルの一例として固体電解質
型燃料電池(SOFC)の電解セルを図6によって説明
する。このSOFCのセルは空気極、固体電解質及び燃
料極の三層となっていて、空気極側に酸素を、燃料極側
に水素あるいは一酸化炭素などの燃料を用いて、作動温
度1000℃付近における固体電解質中の酸素イオンの
移動を介する発電システムであり、第3世代の燃料電池
として開発、研究が進んでいる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このセルの固体電解質
としてイットリア部分安定化ジルコニア(以下、YSZ
と略す)が一般に知られているが、この他にセリア系酸
化物が使用可能であると考えられている。このセリア系
酸化物固溶体はYSZに比べて、酸素イオン導電率が高
く、電極材料との分極抵抗が低いと考えられ、SOFC
の低温作動化に優れた材料であると考えられ、特に(C
eO2 0.8 (SmO1.5 0.2 (以下、SDCと略
す)が優れている。しかしながらSDC単独を電解質材
料として使用することは図7に示すように、セリア系酸
化物のもつ低酸素分圧領域で出現する電子導電性のた
め、困難であると考えられる。
【0004】また、SOFCの高出力密度化を図る上
で、電池の内部抵抗、特に燃料極/固体電解質界面にお
ける内部抵抗が比較的大きい値を示すことから、セル性
能の妨げになっている。
【0005】本発明は上記技術水準に鑑み、従来の電解
セルに比し高性能な固体電解質型電解セルを提供しよう
とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は (1)燃料極、固体電解質、空気極からなる固体電解質
型電解セルにおいて、空気極側の固体電解質が(CeO
2 1-x (MO1.5 x (こゝにおいて、M:希土類元
素又はCa、x:0.1〜0.3)よりなるセリア系酸
化物、燃料極側の固体電解質がイットリア部分安定化ジ
ルコニアの2層構造の固体電解質よりなることを特徴と
する固体電解質型電解セル。 (2)燃料極がPrO11/6,CeO2 ,TbO7/4 及び
(CeO2 0.8 (SmO1.5 0.2 よりなる群から選
ばれた酸化物よりなることを特徴とする上記(1)記載
の固体電解質型電解セル。 (3)燃料極がNi−PrO11/6,Ni−CeO2 ,N
i−TbO7/4 ,Ni−(CeO2 0.8 (Sm
1.5 0.2 及びNi−イットリア部分安定化ジルコニ
アよりなる群から選ばれたNi−酸化物サーメット系材
料よりなることを特徴とする上記(1)記載の固体電解
質型電解セル。である。
【0007】すなわち、本発明の固体電解質型電解セル
はYSZ電解質と空気極材料との間に、分極低減材料と
して有用なセリア系酸化物{(CeO2 1-x (MO
1.5 x 、M=Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,
Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luなどの希土
類元素又はCa、x:0.1〜0.3}を挿入した構成
の2層固体電解質とするものである。さらに、燃料極の
高性能化を目的として、PrO11/6,CeO2 ,TbO
7/4 及びSDCよりなる群から選ばれた酸化物又はNi
−PrO11/6,Ni−CeO2 ,Ni−TbO7/4 ,N
i−SDC及びNi−YSZよりなる群から選ばれたN
i−酸化物サーメット系材料を用いたものである。
【0008】
【作用】後記で詳述する図1のような構成のSOFCに
することにより、3で示すYSZと2で示すセリア系酸
化物の2層固体電解質8は分極抵抗低減に非常に有用で
あり、2層固体電解質SOFCは出力特性の向上が大い
に期待できる。更に、固体電解質の薄膜化を行うと、こ
の効果を十分に活かすことができる。燃料極材料に、P
rO11/6,CeO2 ,TbO7/4 又はSDCを用いる
と、これら酸化物のもつ酸化還元反応(レドックス反
応)により燃料極の活性は向上する。また、燃料極材料
に、上記酸化物などとNiとのサーメット系材料(Ni
−PrO11/6,Ni−CeO2 ,Ni−TbO7/4 ,N
i−SDC及びNi−YSZ)を用いると、酸化物のも
つレドックス反応によって固体電解質の酸素をNiへ供
給することにより酸素の活性化を促進するものと考えら
れる。
【0009】
【実施例】図1に本発明の一実施例であるSOFCの構
成を示し、これにより本発明を詳述する。通常、SOF
Cの発電素子(セル)は空気極1、固体電解質8及び燃
料極4の3層で構成されているが、本発明においては固
体電解質8を従来の電解質と同じ材料であるイットリア
部分安定化ジルコニア(YSZ)3とセリア系酸化物2
の2層電解質構造としたもので、セリア系酸化物2を空
気極1側に配置する。また、前記空気極1と燃料極4は
それぞれ導線5で結線し、空気極1側には空気又は酸素
の流路6を、燃料極4側には水素あるいは一酸化炭素等
の流路7を構成しておき、酸素と水素の反応で1000
℃付近の作動温度となり、固体電解質8中の酸素イオン
の移動が起こり、導線5に電子イオンが流れることにて
発電するシステムとなっている。前述の反応で二酸化炭
素及び水分11が流路7側に発生する。
【0010】前述したセリア系酸化物2の具体例として
は(CeO2 1-x (MO1.5 x(こゝにおいて、
M:Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho,Er,Tm,Yb,Luなどの希土類元素又
はCa、x=0.1〜0.3、特に0.2)が好まし
い。この時の燃料極4の材料としては、PrO11/6,C
eO 2 ,TbO7/4 ,SDCからなる酸化物を用いるこ
とが好ましく、特にNi−PrO11/6,Ni−Ce
2 ,Ni−TbO7/4 ,Ni−SDC,Ni−YSZ
のようなNi−酸化物サーメット系のものを用いること
が好ましい。
【0011】前述した構成において、燃料極としてNi
−YSZを用いた場合の電池の内部抵抗を交流インピー
ダンス法により測定すると図2のような結果を示す。Y
SZ単独電解質セルやSDC単独電解質セルに比べて
(YSZ+SDC)の2層電解質セルの分極抵抗は5割
程小さくなり、このセルの構成がSOFCにおける分極
抵抗低減に非常に有用であることを示している。更に、
この2層電解質の薄膜化により、2層SOFCは出力特
性の向上に大いに期待できる型となる。
【0012】図2は燃料極としてNi−酸化物サーメッ
ト系のものを用いた場合を示したが、前記した酸化物を
燃料極を用いてもよい。しかしながら、燃料極の高性能
化を目的としてNi−酸化物サーメット系を用いる方が
好ましい。Ni−酸化物サーメット系である燃料極を用
いた発電特性を図3に示す。開放電圧はいずれも同じ値
を示しているが、Ni−YSZ>Ni−CeO2 >Ni
−SDC>Ni−PrO11/6の順に電圧降下は小さくな
り、セルの内部抵抗はこの順に小さくなっていると考え
られ、これらの挙動のパラメーターはこれらの酸化物の
レドックス反応が酸素の活性化につながると考えられ
る。
【0013】前述したセルの各部分の最もよいと考える
実施例の材質を図4に示す。まず、空気極1としてはラ
ンタン系のLa1-x Srx MnO3 を使用し、空気極1
側の固体電解質8としてのセリア系酸化物2としてはS
DCを、燃料極4側の固体電解質8としては3で示すY
SZを使用し、燃料極4にはNi−PrO11/6を使用す
るものである。この構成の電解セルによると図5に示す
ようなI−V特性を示し、従来の電解セルよりセル{図
2の(b)参照}の性能の向上が認められた。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば下記の効果が奏される。 (1)固体電解質を2相固体電解質とし、空気極側の固
体電解質をセリア系酸化物{(CeO2 1-x (M
y x 、M:Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,
Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luよりなる希
土類元素又はCa)とすることにより分極抵抗低減に有
用である。その中でも(CeO2 0.8 (SmO1.5
0.2 (SDC)が最も有用である。 (2)燃料極材料として、PrO11/6,CeO2 ,Tb
7/4 及びSDCよりなる群から選ばれた酸化物又はN
i−PrO11/6,Ni−CeO2 ,Ni−TbO 7/4
Ni−SDC及びNi−YSZよりなる群から選ばれた
Ni−酸化物サーメット系のものを用いることによって
電極性能が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体電解質型電解セルの一般的な説明
図。
【図2】本発明の固体電解質型電解セルの内部抵抗の改
善を示す図表。
【図3】本発明で使用するNi−酸化物系サーメットを
燃料極に用いた時の発電特性を示す図表。
【図4】本発明の固体電解質型電解セルの最も好ましい
態様の材料構成の説明図。
【図5】図4の本発明の固体電解質型電解セルと従来の
同電解セルのI−V特性の比較図表。
【図6】従来の固体電解質型電解セルの構成の説明図。
【図7】固体電解質材料であるYSZ、セリア系酸化物
の導電率の酸素分圧依存性を示す図表。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久留 長生 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 永田 勝巳 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 村上 信明 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料極、固体電解質、空気極からなる固
    体電解質型電解セルにおいて、空気極側の固体電解質が
    (CeO2 1-x (MO1.5 x (こゝにおいて、M:
    希土類元素又はCa、x:0.1〜0.3)よりなるセ
    リア系酸化物、燃料極側の固体電解質がイットリア部分
    安定化ジルコニアの2層構造の固体電解質よりなること
    を特徴とする固体電解質型電解セル。
  2. 【請求項2】 燃料極がPrO11/6,CeO2 ,TbO
    7/4 及び(CeO20.8 (SmO1.5 0.2 よりなる
    群から選ばれた酸化物よりなることを特徴とする請求項
    1記載の固体電解質型電解セル。
  3. 【請求項3】 燃料極がNi−PrO11/6,Ni−Ce
    2 ,Ni−TbO 7/4 ,Ni−(CeO2 0.8 (S
    mO1.5 0.2 及びNi−イットリア部分安定化ジルコ
    ニアよりなる群から選ばれたNi−酸化物サーメット系
    材料よりなることを特徴とする請求項1記載の固体電解
    質型電解セル。
JP5135661A 1993-06-07 1993-06-07 固体電解質型電解セル Withdrawn JPH06349503A (ja)

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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0726609A1 (en) * 1995-02-09 1996-08-14 Tokyo Yogyo Kabushiki Kaisha Solid electrolyte for a fuel cell and its manufacturing method
EP0763864A1 (en) * 1995-09-13 1997-03-19 Kabushiki Kaisha Meidensha High temperature solid electrolyte fuel cell
WO2001057945A1 (en) * 2000-02-04 2001-08-09 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Method of fabricating an assembly comprising an anode-supported electrolyte, and ceramic cell comprising such an assembly
US6849354B2 (en) 2000-07-04 2005-02-01 Nissan Motor Co., Ltd. Solid oxide fuel cell having perovskite solid electrolytes
JP2006278089A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Kyocera Corp 燃料電池セル及び燃料電池
JP2007305312A (ja) * 2006-05-08 2007-11-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池及びその製造方法
CN100409478C (zh) * 2006-06-29 2008-08-06 哈尔滨工业大学 一种减小固体氧化物燃料电池电解质膜形变的方法
JP2010177096A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 固体酸化物形燃料電池用空気極の製造方法および固体酸化物形燃料電池
JP2011233286A (ja) * 2010-04-26 2011-11-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 固体酸化物形燃料電池
WO2019027002A1 (ja) * 2017-08-03 2019-02-07 株式会社 東芝 スーパーキャパシタ

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0726609A1 (en) * 1995-02-09 1996-08-14 Tokyo Yogyo Kabushiki Kaisha Solid electrolyte for a fuel cell and its manufacturing method
EP0763864A1 (en) * 1995-09-13 1997-03-19 Kabushiki Kaisha Meidensha High temperature solid electrolyte fuel cell
WO2001057945A1 (en) * 2000-02-04 2001-08-09 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Method of fabricating an assembly comprising an anode-supported electrolyte, and ceramic cell comprising such an assembly
US6663999B2 (en) 2000-02-04 2003-12-16 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Method of fabricating an assembly comprising an anode-supported electrolyte, and ceramic cell comprising such an assembly
US6849354B2 (en) 2000-07-04 2005-02-01 Nissan Motor Co., Ltd. Solid oxide fuel cell having perovskite solid electrolytes
JP2006278089A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Kyocera Corp 燃料電池セル及び燃料電池
JP2007305312A (ja) * 2006-05-08 2007-11-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池及びその製造方法
CN100409478C (zh) * 2006-06-29 2008-08-06 哈尔滨工业大学 一种减小固体氧化物燃料电池电解质膜形变的方法
JP2010177096A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 固体酸化物形燃料電池用空気極の製造方法および固体酸化物形燃料電池
JP2011233286A (ja) * 2010-04-26 2011-11-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 固体酸化物形燃料電池
WO2019027002A1 (ja) * 2017-08-03 2019-02-07 株式会社 東芝 スーパーキャパシタ
KR20200002993A (ko) * 2017-08-03 2020-01-08 가부시끼가이샤 도시바 슈퍼 커패시터
CN110720132A (zh) * 2017-08-03 2020-01-21 株式会社东芝 超级电容器
JPWO2019027002A1 (ja) * 2017-08-03 2020-06-25 株式会社東芝 スーパーキャパシタ
CN110720132B (zh) * 2017-08-03 2022-02-22 株式会社东芝 超级电容器

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