JPH08222243A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH08222243A JPH08222243A JP7047918A JP4791895A JPH08222243A JP H08222243 A JPH08222243 A JP H08222243A JP 7047918 A JP7047918 A JP 7047918A JP 4791895 A JP4791895 A JP 4791895A JP H08222243 A JPH08222243 A JP H08222243A
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- fuel cell
- cerium
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、酸化物イオン導電性の酸化セリウ
ムを主成分とした固体電解質が作動温度において燃料ガ
スにより還元されるのを防止して特性に優れた燃料電池
を目的とする。 【構成】（ａ）固体電解質がホタル石型構造を持った酸
化物イオン導電性の酸化セリウムを主成分とした固体電
解質であって、（ｂ）前記固体電解質の燃料側表面がア
ルカリ土類金属の酸化物と酸化セリウムを主成分とした
プロトン−酸化物イオン混合導電性があるペロプスカイ
ト型酸化物で構成されており、（ｃ）前記固体電解質の
空気極側が希土類系ペロブスカイト型酸化物で構成され
ている。
ムを主成分とした固体電解質が作動温度において燃料ガ
スにより還元されるのを防止して特性に優れた燃料電池
を目的とする。 【構成】（ａ）固体電解質がホタル石型構造を持った酸
化物イオン導電性の酸化セリウムを主成分とした固体電
解質であって、（ｂ）前記固体電解質の燃料側表面がア
ルカリ土類金属の酸化物と酸化セリウムを主成分とした
プロトン−酸化物イオン混合導電性があるペロプスカイ
ト型酸化物で構成されており、（ｃ）前記固体電解質の
空気極側が希土類系ペロブスカイト型酸化物で構成され
ている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化セリウムを主成分
とする酸化物イオン導電性固体電解質にプロトン−酸化
物イオン混合導電性固体電解質を積層させた燃料電池用
固体電解質を電解質に用いた燃料電池に関するものであ
る。
とする酸化物イオン導電性固体電解質にプロトン−酸化
物イオン混合導電性固体電解質を積層させた燃料電池用
固体電解質を電解質に用いた燃料電池に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高温型の固体電解質燃料電池においては
酸化イットリウムで安定化された安定化ジルコニアが電
解質として最もよく用いられている。しかし、更に高い
出力特性を得るためには更に高いイオン導電性を持った
固体電解質が求められている。
酸化イットリウムで安定化された安定化ジルコニアが電
解質として最もよく用いられている。しかし、更に高い
出力特性を得るためには更に高いイオン導電性を持った
固体電解質が求められている。
【０００３】安定化ジルコニアに代わる電解質として酸
化セリウムを主成分とした電解質があるが、作動温度に
おいて燃料極側のガスがＨ2 、ＣＨ4 等の場合には酸素
分圧が低いために部分的に還元されてしまい、開回路電
圧の低下を引起こしてしまう問題点がある。
化セリウムを主成分とした電解質があるが、作動温度に
おいて燃料極側のガスがＨ2 、ＣＨ4 等の場合には酸素
分圧が低いために部分的に還元されてしまい、開回路電
圧の低下を引起こしてしまう問題点がある。
【０００４】そこで、燃料極側の酸化セリウム電解質の
表面に、例えば安定化ジルコニアの薄い膜を積層させる
とこの問題は解決できる。しかし、この膜を製造するた
めに、ＣＶＤ法、ＥＶＤ法、溶射法等が考案されている
（例えば、第１４回 固体イオニックス討論会要旨集、
１９８７年１１月１２〜１３日、固体イオニックス学
会）が、設備が大掛かりで製造のコストが高かったり、
製造に手間がかかったりするといった問題点がある。
表面に、例えば安定化ジルコニアの薄い膜を積層させる
とこの問題は解決できる。しかし、この膜を製造するた
めに、ＣＶＤ法、ＥＶＤ法、溶射法等が考案されている
（例えば、第１４回 固体イオニックス討論会要旨集、
１９８７年１１月１２〜１３日、固体イオニックス学
会）が、設備が大掛かりで製造のコストが高かったり、
製造に手間がかかったりするといった問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、酸化セリウ
ムを主成分とした固体電解質が燃料極側で還元されるこ
とを防ぎ、開回路電圧の低下を防ぎ、出力密度の高い燃
料電池をを目的とする。
ムを主成分とした固体電解質が燃料極側で還元されるこ
とを防ぎ、開回路電圧の低下を防ぎ、出力密度の高い燃
料電池をを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、出力密度
の高く、安定に作動する燃料電池を開発すべく、種々の
実験研究を繰り返した。その結果、プロトン−酸化物イ
オン混合導電性固体電解質を酸化セリウムを主成分とす
る酸化物イオン導電性固体電解質上に積層させ、この混
合導電性固体電解質側を燃料極側として燃料電池を構成
すると、酸化セリウムを主成分とした酸化物イオン導電
性固体電解質が燃料ガスにより還元されることを防ぎ、
開回路電圧の低下もなく、高い出力密度の性能の高い燃
料電池を構成できることを見いだした。
の高く、安定に作動する燃料電池を開発すべく、種々の
実験研究を繰り返した。その結果、プロトン−酸化物イ
オン混合導電性固体電解質を酸化セリウムを主成分とす
る酸化物イオン導電性固体電解質上に積層させ、この混
合導電性固体電解質側を燃料極側として燃料電池を構成
すると、酸化セリウムを主成分とした酸化物イオン導電
性固体電解質が燃料ガスにより還元されることを防ぎ、
開回路電圧の低下もなく、高い出力密度の性能の高い燃
料電池を構成できることを見いだした。
【０００７】（１）請求項１の発明は、下記の構造を備
えたことを特徴とする高温型燃料電池である。 （ａ）固体電解質がホタル石型構造を持った酸化物イオ
ン導電性の酸化セリウムを主成分とした固体電解質であ
って、（ｂ）前記固体電解質の燃料側表面がアルカリ土
類金属の酸化物と酸化セリウムを主成分としたプロトン
−酸化物イオン混合導電性があるペロプスカイト型酸化
物で構成されており、（ｃ）前記固体電解質の空気極側
が希土類系ペロブスカイト型酸化物で構成されている。
えたことを特徴とする高温型燃料電池である。 （ａ）固体電解質がホタル石型構造を持った酸化物イオ
ン導電性の酸化セリウムを主成分とした固体電解質であ
って、（ｂ）前記固体電解質の燃料側表面がアルカリ土
類金属の酸化物と酸化セリウムを主成分としたプロトン
−酸化物イオン混合導電性があるペロプスカイト型酸化
物で構成されており、（ｃ）前記固体電解質の空気極側
が希土類系ペロブスカイト型酸化物で構成されている。
【０００８】（２）請求項２の発明は、前記酸化セリウ
ムを主成分とした固体電解質が、酸化セリウム、若しく
は、酸化セリウムの一部がアルカリ土類金属および希土
類元素からなる群から選択された１種以上の元素の酸化
物で１〜３０モル％置換固溶されていることを特徴とす
る請求項１記載の高温型酸化物燃料電池である。
ムを主成分とした固体電解質が、酸化セリウム、若しく
は、酸化セリウムの一部がアルカリ土類金属および希土
類元素からなる群から選択された１種以上の元素の酸化
物で１〜３０モル％置換固溶されていることを特徴とす
る請求項１記載の高温型酸化物燃料電池である。
【０００９】（３）請求項３の発明は、前記プロトン−
酸化物イオン混合導電性があるペロプスカイト型酸化物
の膜が下記のようなＡＢＯ3 型のペロプスカイト酸化物
であることを特徴とする請求項１記載の高温型酸化物燃
料電池である。 （ａ）該Ａ元素がアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｓｒ，Ｃ
ａ，Ｂａ）から選択された１種以上の元素（Ａ）であ
り、（ｂ）該Ｂ元素は，セリウム、または、セリウムの
一部を、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ
ａ）、および、希土類元素（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ）からなる群から選
択された１種以上の元素がセリウムに対し１から３０モ
ル％置換固溶している。
酸化物イオン混合導電性があるペロプスカイト型酸化物
の膜が下記のようなＡＢＯ3 型のペロプスカイト酸化物
であることを特徴とする請求項１記載の高温型酸化物燃
料電池である。 （ａ）該Ａ元素がアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｓｒ，Ｃ
ａ，Ｂａ）から選択された１種以上の元素（Ａ）であ
り、（ｂ）該Ｂ元素は，セリウム、または、セリウムの
一部を、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ
ａ）、および、希土類元素（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ）からなる群から選
択された１種以上の元素がセリウムに対し１から３０モ
ル％置換固溶している。
【００１０】（４）請求項４の発明は、前記プロトン−
酸化物イオン混合導電性を有するペロプスカイト型酸化
物の膜が酸化セリウムを主成分とした酸化物イオン導電
性固体電解質の板、管または膜の一の面に１０μｍ以上
の厚さで積層されていることを特徴とする請求項１〜３
のいずれかに記載された燃料電池用固体電池である。
酸化物イオン混合導電性を有するペロプスカイト型酸化
物の膜が酸化セリウムを主成分とした酸化物イオン導電
性固体電解質の板、管または膜の一の面に１０μｍ以上
の厚さで積層されていることを特徴とする請求項１〜３
のいずれかに記載された燃料電池用固体電池である。
【００１１】
【作用】本発明においては、高温において作動する燃料
電池を目的とするため、高温における作動特性が良好な
酸化物イオン導電性固体電解質として、所定の形状をし
た酸化セリウム、若しくは、酸化セリウムを主成分とす
る固体電解質を用いる。この形状は、目的とする電池の
形状に合わせて板状でも円筒状でもよい。
電池を目的とするため、高温における作動特性が良好な
酸化物イオン導電性固体電解質として、所定の形状をし
た酸化セリウム、若しくは、酸化セリウムを主成分とす
る固体電解質を用いる。この形状は、目的とする電池の
形状に合わせて板状でも円筒状でもよい。
【００１２】酸化セリウムを主成分とする酸化物イオン
導電性固体電解質としては、酸化セリウムの一部をアル
カリ土類金属（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ），及び希土類
元素（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｙｂ）からなる群から選択した１種以上の元
素の酸化物で１〜３０モル％置換固溶させたものが望ま
しい。
導電性固体電解質としては、酸化セリウムの一部をアル
カリ土類金属（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ），及び希土類
元素（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｙｂ）からなる群から選択した１種以上の元
素の酸化物で１〜３０モル％置換固溶させたものが望ま
しい。
【００１３】このような酸化イオン導電性固体電解質に
は、例えば（ＣｅＯ2 ）0.8 （ＹＯ1.5 ）0.2 、（Ｃｅ
Ｏ2 ）0.9 （ＳｍＯ1.5 ）0.1 、（ＣｅＯ2 ）0.8 （Ｃ
ａＯ）0.2 、（ＣｅＯ2 ）0.8 （ＳｒＯ）0.2 等があ
る。
は、例えば（ＣｅＯ2 ）0.8 （ＹＯ1.5 ）0.2 、（Ｃｅ
Ｏ2 ）0.9 （ＳｍＯ1.5 ）0.1 、（ＣｅＯ2 ）0.8 （Ｃ
ａＯ）0.2 、（ＣｅＯ2 ）0.8 （ＳｒＯ）0.2 等があ
る。
【００１４】上記固体電解質の表面の燃料極側となる表
面にアルカリ土類金属の無機酸塩、有機酸塩および有機
金属化合物の１種以上を塗布し、酸化性雰囲気、例えば
大気中で８００℃以上の温度で加熱すると、前記固体電
解質表面にプロトン−酸化物イオン混合導電性電解質が
生成し、酸化セリウムの燃料ガスによる還元を防止する
ことができる。８００℃未満の温度で加熱すると良好な
プロトン−酸化物イオン混合導電性電解質が生成しない
ためである。
面にアルカリ土類金属の無機酸塩、有機酸塩および有機
金属化合物の１種以上を塗布し、酸化性雰囲気、例えば
大気中で８００℃以上の温度で加熱すると、前記固体電
解質表面にプロトン−酸化物イオン混合導電性電解質が
生成し、酸化セリウムの燃料ガスによる還元を防止する
ことができる。８００℃未満の温度で加熱すると良好な
プロトン−酸化物イオン混合導電性電解質が生成しない
ためである。
【００１５】上記固体電解質の表面の燃料極側となる表
面にアルカリ土類金属の無機酸塩、有機酸塩および有機
金属化合物の１種以上を塗布する方法は、下記のような
方法がある。 （１）硝酸塩の飽和水溶液を酸化セリウムを主成分とし
た酸化物イオン導電体の表面に筆、刷毛等を用いて均一
に塗布し、乾燥する方法。 （２）炭酸塩を細かく粉砕し、エチルアルコール等の揮
発性溶媒を用いてペースト状にし、スクリーン印刷機を
用いて酸化セリウムを主成分とした酸化物イオン導電体
の表面に均一に塗布し、乾燥する方法。 （３）酢酸塩や炭酸塩の微粉末を水又はアルコールのよ
うな溶媒を用いて泥奨にし、そこに酸化セリウムを主成
分とした酸化物イオン導電体を浸漬させた後、速やかに
引出し表面に泥奨をコーテングし乾燥する方法。
面にアルカリ土類金属の無機酸塩、有機酸塩および有機
金属化合物の１種以上を塗布する方法は、下記のような
方法がある。 （１）硝酸塩の飽和水溶液を酸化セリウムを主成分とし
た酸化物イオン導電体の表面に筆、刷毛等を用いて均一
に塗布し、乾燥する方法。 （２）炭酸塩を細かく粉砕し、エチルアルコール等の揮
発性溶媒を用いてペースト状にし、スクリーン印刷機を
用いて酸化セリウムを主成分とした酸化物イオン導電体
の表面に均一に塗布し、乾燥する方法。 （３）酢酸塩や炭酸塩の微粉末を水又はアルコールのよ
うな溶媒を用いて泥奨にし、そこに酸化セリウムを主成
分とした酸化物イオン導電体を浸漬させた後、速やかに
引出し表面に泥奨をコーテングし乾燥する方法。
【００１６】かかる方法により、上記固体電解質表面に
プロトン−酸化物イオン混合導電性電解質が積層するこ
とになる。このプロトンプロトン−酸化物イオン混合導
電性固体電解質は、ＡＢＯ3 型のペロプスカイト酸化物
である。このＡ元素は、アルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｓ
ｒ，Ｃａ，Ｂａ）から選択された１種以上の元素（Ａ）
である。
プロトン−酸化物イオン混合導電性電解質が積層するこ
とになる。このプロトンプロトン−酸化物イオン混合導
電性固体電解質は、ＡＢＯ3 型のペロプスカイト酸化物
である。このＡ元素は、アルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｓ
ｒ，Ｃａ，Ｂａ）から選択された１種以上の元素（Ａ）
である。
【００１７】Ｂ元素は希土類元素等から選択された１種
以上の元素であり、具体的には、セリウム、または、セ
リウムの一部を、アルカリ土類金属であるＭｇ、Ｃａ、
Ｓｒ、Ｂａ、および、希土類元素であるＳｃ、Ｙ、Ｌ
ａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂからな
る群から選ばれた１種以上の元素がセリウムに対して１
から３０モル％置換固溶している。
以上の元素であり、具体的には、セリウム、または、セ
リウムの一部を、アルカリ土類金属であるＭｇ、Ｃａ、
Ｓｒ、Ｂａ、および、希土類元素であるＳｃ、Ｙ、Ｌ
ａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂからな
る群から選ばれた１種以上の元素がセリウムに対して１
から３０モル％置換固溶している。
【００１８】また、上記固体電解質の特性に大きく悪影
響を及ぼさない範囲でその他の物質を添加してもよい。
このようなプロトン−酸化物混合導電性固体電解質とし
ては、例えば、ＳｒＣｅ0.9 Ｙｂ0.1 Ｏ3-α、ＢａＣｅ
0.8 Ｙ0.2 Ｏ3-α等がある。ここで、αは０〜０．５程
度である。また、このプロトン−酸化物イオン導電体の
厚さは１０μｍ以上が望ましい。この厚さが１０μｍ未
満では燃料ガスが酸化物イオン導電性固体電解質に侵入
し、これを還元するためである。
響を及ぼさない範囲でその他の物質を添加してもよい。
このようなプロトン−酸化物混合導電性固体電解質とし
ては、例えば、ＳｒＣｅ0.9 Ｙｂ0.1 Ｏ3-α、ＢａＣｅ
0.8 Ｙ0.2 Ｏ3-α等がある。ここで、αは０〜０．５程
度である。また、このプロトン−酸化物イオン導電体の
厚さは１０μｍ以上が望ましい。この厚さが１０μｍ未
満では燃料ガスが酸化物イオン導電性固体電解質に侵入
し、これを還元するためである。
【００１９】上記プロトン−酸化物混合導電性固体電解
質は燃料側電極として機能するため、その表面には、Ｎ
ｉペースト、白金ペースト等の電極材を取り付ける。
質は燃料側電極として機能するため、その表面には、Ｎ
ｉペースト、白金ペースト等の電極材を取り付ける。
【００２０】前述の酸化セリウムを主成分とする酸化物
イオン導電性固体電解質の空気極側には、この固体電解
質と密着性の良い空気極を構成する固体電解質を設けれ
ばよい。例えば、通常知られている希土類系ペロブスカ
イト型酸化物等がある。具体的には、 Ｌａ0.7 Ｓｒ
O.3 ＭｎＯ3 、 Ｃａ0.9 Ｃｅ0.1 ＭｎＯ3 、Ｌａ0.7
ＳｒO.3 ＣｏＯ3 等がある。
イオン導電性固体電解質の空気極側には、この固体電解
質と密着性の良い空気極を構成する固体電解質を設けれ
ばよい。例えば、通常知られている希土類系ペロブスカ
イト型酸化物等がある。具体的には、 Ｌａ0.7 Ｓｒ
O.3 ＭｎＯ3 、 Ｃａ0.9 Ｃｅ0.1 ＭｎＯ3 、Ｌａ0.7
ＳｒO.3 ＣｏＯ3 等がある。
【００２１】上記燃料側の電極と空気極側の電極は、白
金、Ｌａ0.7 ＣａO.3 ＣｒＯ3 またはインコネル等の耐
熱合金等のインターコネクター、或いは、セパレーター
を接続することができる。このインターコネクターによ
り単セルを直列又は並列につなぎ合わせることにより、
大出力の燃料電池を構成することができる。
金、Ｌａ0.7 ＣａO.3 ＣｒＯ3 またはインコネル等の耐
熱合金等のインターコネクター、或いは、セパレーター
を接続することができる。このインターコネクターによ
り単セルを直列又は並列につなぎ合わせることにより、
大出力の燃料電池を構成することができる。
【００２２】上記のような酸化セリウムを主成分とした
酸化物イオン導電体にプロトンー酸化物イオン導電体混
合導電体を積層させ、燃料側に用いることにより、酸化
セリウムを主成分とした固体電解質が水素やメタン等の
燃料ガスにより還元されることを防止することができ
る。
酸化物イオン導電体にプロトンー酸化物イオン導電体混
合導電体を積層させ、燃料側に用いることにより、酸化
セリウムを主成分とした固体電解質が水素やメタン等の
燃料ガスにより還元されることを防止することができ
る。
【００２３】さらに、空気極側では、酸化セリウム系酸
化物イオン導電体の有する電極界面における電極反応の
分極が小さいという特徴や、燃料側では、プロトンー酸
化物イオン導電体混合導電体の有する電極反応の分極が
小さいという特徴が生かされて、高出力密度の発電が可
能となる。また、燃料電池の作動温度を低下させること
も可能であり、燃料電池の構成材料の耐火度等を低く設
定でき、建設費の低減も可能となる。
化物イオン導電体の有する電極界面における電極反応の
分極が小さいという特徴や、燃料側では、プロトンー酸
化物イオン導電体混合導電体の有する電極反応の分極が
小さいという特徴が生かされて、高出力密度の発電が可
能となる。また、燃料電池の作動温度を低下させること
も可能であり、燃料電池の構成材料の耐火度等を低く設
定でき、建設費の低減も可能となる。
【００２４】
【実施例】２０モル％ＹＯ1.5 を固溶させた酸化セリウ
ムのディスク状の緻密な焼結体の表面に硝酸バリウムの
飽和水溶液を塗布乾燥させたのち、１３００℃で１０時
間空気中で焼成反応させた。このようにして形成された
膜は、Ｘ線回析、ＥＰＭＡ−よる組成分析の結果、Ｂａ
Ｃｅ0.8 Ｙ0.2 Ｏ3-α組成の緻密な膜であることが判明
した。この膜の厚さは３０〜４０μｍであった。
ムのディスク状の緻密な焼結体の表面に硝酸バリウムの
飽和水溶液を塗布乾燥させたのち、１３００℃で１０時
間空気中で焼成反応させた。このようにして形成された
膜は、Ｘ線回析、ＥＰＭＡ−よる組成分析の結果、Ｂａ
Ｃｅ0.8 Ｙ0.2 Ｏ3-α組成の緻密な膜であることが判明
した。この膜の厚さは３０〜４０μｍであった。
【００２５】このような酸化セリウムを主成分とした酸
化物イオン固体電解質を用いて燃料電池を構成した。こ
の厚さ約０．４ｍｍの板状の上記固体電解質の中央部の
表面約２ｃｍ2 に、Ｌａ0.7 Ｓｒ0.3 ＭｎＯ3 のペース
トを塗布し、また、上記プロトン−酸化物イオン混合導
電性固体電解質膜側にはＮｉのペーストを塗り、１２０
０℃で３時間空気中で焼付けて多孔質電極とした。
化物イオン固体電解質を用いて燃料電池を構成した。こ
の厚さ約０．４ｍｍの板状の上記固体電解質の中央部の
表面約２ｃｍ2 に、Ｌａ0.7 Ｓｒ0.3 ＭｎＯ3 のペース
トを塗布し、また、上記プロトン−酸化物イオン混合導
電性固体電解質膜側にはＮｉのペーストを塗り、１２０
０℃で３時間空気中で焼付けて多孔質電極とした。
【００２６】作成した燃料電池を図１に示す。図に示す
ように、アルミナの管３をパイレックスガラス５をガス
シール材として上記電解質６の板面に接続し、更に、白
金線１を導入した２本のアルミナチューブ２をアルミナ
管３内に裝入した。このセルを燃料電池とし、全体を電
気炉９内に入れ温度を１０００℃に保持した。
ように、アルミナの管３をパイレックスガラス５をガス
シール材として上記電解質６の板面に接続し、更に、白
金線１を導入した２本のアルミナチューブ２をアルミナ
管３内に裝入した。このセルを燃料電池とし、全体を電
気炉９内に入れ温度を１０００℃に保持した。
【００２７】この電池の空気極（Ｌａ0.7 Ｓｒ0.3 Ｍｎ
Ｏ3 ）側４には空気を、プロトン−酸化物イオン混合固
体電解質７側には水素ガス導入した。燃料極側の電極と
してはＮｉ電極８を用いた。
Ｏ3 ）側４には空気を、プロトン−酸化物イオン混合固
体電解質７側には水素ガス導入した。燃料極側の電極と
してはＮｉ電極８を用いた。
【００２８】このとき、得られた電圧−電流特性を図２
に示したが、測定された電圧は理論式より計算される理
論起電力とほぼ一致し、酸化セリウムのみで構成される
燃料電池に比べて高い開回路電圧を示すことが明らかに
なった。
に示したが、測定された電圧は理論式より計算される理
論起電力とほぼ一致し、酸化セリウムのみで構成される
燃料電池に比べて高い開回路電圧を示すことが明らかに
なった。
【００２９】このことによりプロトン−酸化物イオン混
合イオン導電体を酸化セリウムを主成分とする電解質の
一方の面に析出させ、この混合イオン導電体側を燃料極
側に用いることにより酸化セリウムを主成分とした電解
質が燃料ガスにより還元されて開回路電圧低下すること
を防ぐことができたことが分かった。
合イオン導電体を酸化セリウムを主成分とする電解質の
一方の面に析出させ、この混合イオン導電体側を燃料極
側に用いることにより酸化セリウムを主成分とした電解
質が燃料ガスにより還元されて開回路電圧低下すること
を防ぐことができたことが分かった。
【００３０】さらに、この電池より電流を取り出した場
合には、電極における分極が従来の安定化ジルコニア型
の燃料電池よりも小さく、高い出力密度が得られること
が分かった。
合には、電極における分極が従来の安定化ジルコニア型
の燃料電池よりも小さく、高い出力密度が得られること
が分かった。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体燃料
電池は、燃料電池用固体電解質として有望視されている
酸化物イオン導電性の酸化セリウムを主成分とした固体
電解質の燃料側となる面には、プロトン−酸化物イオン
混合導電性を示すペロプスカイト型酸化物の固体電解質
の膜を積層させたものである。
電池は、燃料電池用固体電解質として有望視されている
酸化物イオン導電性の酸化セリウムを主成分とした固体
電解質の燃料側となる面には、プロトン−酸化物イオン
混合導電性を示すペロプスカイト型酸化物の固体電解質
の膜を積層させたものである。
【００３２】上記プロトン−酸化物イオン混合導電性固
体電解質膜側を燃料極側に用いることにより酸化セリウ
ムを主成分とした酸化物イオン導電性固体電解質が還元
されることを防ぎ、良好な燃料電池特性を示す。
体電解質膜側を燃料極側に用いることにより酸化セリウ
ムを主成分とした酸化物イオン導電性固体電解質が還元
されることを防ぎ、良好な燃料電池特性を示す。
【図１】本発明にかかる燃料電池の概要を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明にかかる燃料電池の電圧ー電流特性を示
す図である。
す図である。
１ 白金線 ２ アルミナチューブ ３ アルミナチューブ ４ 空気極電極（Ｌａ0.7 Ｓｒ0.3 ＭｎＯ3 ） ５ ガラスシール剤 ６ 酸化セリウムを主成分とした酸化物イオン導電性
固体電解質 ７ プロトン−酸化物イオン混合導電性固体電解質 ８ Ｎｉ燃料極電極 ９ 電気炉
固体電解質 ７ プロトン−酸化物イオン混合導電性固体電解質 ８ Ｎｉ燃料極電極 ９ 電気炉
Claims (4)
- 【請求項１】 下記の構造を備えたことを特徴とする高
温型燃料電池。 （ａ）固体電解質がホタル石型構造を持った酸化物イオ
ン導電性の酸化セリウムを主成分とした固体電解質であ
って、（ｂ）前記固体電解質の燃料側表面がアルカリ土
類金属の酸化物と酸化セリウムを主成分としたプロトン
−酸化物イオン混合導電性があるペロプスカイト型酸化
物で構成されており、（ｃ）前記固体電解質の空気極側
が希土類系ペロブスカイト型酸化物で構成されている。 - 【請求項２】 前記酸化セリウムを主成分とした固体電
解質が、酸化セリウム、若しくは、酸化セリウムの一部
がアルカリ土類金属および希土類元素からなる群から選
択された１種以上の元素の酸化物で１〜３０モル％置換
固溶されていることを特徴とする請求項１記載の高温型
酸化物燃料電池。 - 【請求項３】 前記プロトン−酸化物イオン混合導電性
があるペロプスカイト型酸化物の膜が下記のようなＡＢ
Ｏ3 型のペロプスカイト酸化物であることを特徴とする
請求項１記載の高温型酸化物燃料電池。 （ａ）該Ａ元素がアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｓｒ，Ｃ
ａ，Ｂａ）から選択された１種以上の元素（Ａ）であ
り、 （ｂ）該Ｂ元素は，セリウム、または、セリウムの一部
を、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、お
よび、希土類元素（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ）からなる群から選択され
た１種以上の元素がセリウムに対し１から３０モル％置
換固溶している。 - 【請求項４】 前記プロトン−酸化物イオン混合導電性
を有するペロプスカイト型酸化物の膜が酸化セリウムを
主成分とした酸化物イオン導電性固体電解質の板、管ま
たは膜の一の面に１０μｍ以上の厚さで積層されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された
燃料電池用固体電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7047918A JPH08222243A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 燃料電池 |
| EP95105914A EP0726609B1 (en) | 1995-02-09 | 1995-04-20 | Solid electrolyte for a fuel cell and its manufacturing method |
| DE69505784T DE69505784T2 (de) | 1995-02-09 | 1995-04-20 | Fester Elektrolyt für eine Brennstoffzelle und sein Herstellungsverfahren |
| US08/461,497 US5672437A (en) | 1995-02-09 | 1995-06-05 | Solid electrolyte for a fuel cell |
| CA002153736A CA2153736C (en) | 1995-02-09 | 1995-07-12 | Solid electrolyte for a fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7047918A JPH08222243A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222243A true JPH08222243A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12788754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7047918A Pending JPH08222243A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-14 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08222243A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2007035560A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| WO2007100124A1 (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | プロトン伝導性電解質およびそれを用いた電気化学セル |
-
1995
- 1995-02-14 JP JP7047918A patent/JPH08222243A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2007035560A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| WO2007100124A1 (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | プロトン伝導性電解質およびそれを用いた電気化学セル |
| JP2007234272A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Toyota Motor Corp | プロトン伝導性電解質およびそれを用いた電気化学セル |
| US8603699B2 (en) | 2006-02-28 | 2013-12-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Proton conducting electrolyte and electrochemical cell using same |
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