JPH0973913A - 内部改質用固体電解質型燃料電池セルの燃料極 - Google Patents
内部改質用固体電解質型燃料電池セルの燃料極Info
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- JPH0973913A JPH0973913A JP7226364A JP22636495A JPH0973913A JP H0973913 A JPH0973913 A JP H0973913A JP 7226364 A JP7226364 A JP 7226364A JP 22636495 A JP22636495 A JP 22636495A JP H0973913 A JPH0973913 A JP H0973913A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 天然ガスをセル内部で改質する固体電解質型
燃料電池の高性能化した燃料極に関する。 【解決手段】 天然ガスをセル内部で改質する固体電解
質型燃料電池セルにおいて、固体電解質に接する内側が
ＮｉＯ／ＹＳＺで、その外側がＮｉＯ／ＭｇＡｌ 2 Ｏ4
の２層構造よりなる内部改質用固体電解質型燃料電池セ
ルの燃料極。
燃料電池の高性能化した燃料極に関する。 【解決手段】 天然ガスをセル内部で改質する固体電解
質型燃料電池セルにおいて、固体電解質に接する内側が
ＮｉＯ／ＹＳＺで、その外側がＮｉＯ／ＭｇＡｌ 2 Ｏ4
の２層構造よりなる内部改質用固体電解質型燃料電池セ
ルの燃料極。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は天然ガスをセル内部
で改質する固体電解質型燃料電池セル（以下、ＳＯＦＣ
と略す）の高性能化した燃料極に関する。
で改質する固体電解質型燃料電池セル（以下、ＳＯＦＣ
と略す）の高性能化した燃料極に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＳＯＦＣは燃料に水素を想定した
セルを開発しており、天然ガスを利用した内部改質用セ
ルの開発は殆んど行われていない。そのため、図５に示
すような燃料に水素を想定したセルで天然ガスを利用し
た発電を行っていた。なお、図５において、１は基体
管、２は燃料極、３は固体電解質、４は空気極、５はイ
ンターコネクタを示す。
セルを開発しており、天然ガスを利用した内部改質用セ
ルの開発は殆んど行われていない。そのため、図５に示
すような燃料に水素を想定したセルで天然ガスを利用し
た発電を行っていた。なお、図５において、１は基体
管、２は燃料極、３は固体電解質、４は空気極、５はイ
ンターコネクタを示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の内部改質用ＳＯ
ＦＣは前述したように水素を燃料として想定したセルで
対応していた。しかしながら、天然ガスを利用する内部
改質用ＳＯＦＣでは、天然ガスの炭化水素をセル内部に
投入するために、図６に示すように燃料極に炭素析出が
起こり、性能の劣化が認められた。これは、燃料極に通
常使用しているＮｉＯ／ＹＳＺの材料に、耐炭素析出の
性能が劣るためと考えられる。
ＦＣは前述したように水素を燃料として想定したセルで
対応していた。しかしながら、天然ガスを利用する内部
改質用ＳＯＦＣでは、天然ガスの炭化水素をセル内部に
投入するために、図６に示すように燃料極に炭素析出が
起こり、性能の劣化が認められた。これは、燃料極に通
常使用しているＮｉＯ／ＹＳＺの材料に、耐炭素析出の
性能が劣るためと考えられる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は天然ガスをセル
内部で改質する固体電解質型燃料電池セルにおいて、固
体電解質に接する内側がＮｉＯ／ＹＳＺで、その外側が
ＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ 4 の２層構造よりなることを特徴
とする内部改質用固体電解質型燃料電池セルの燃料極で
ある。
内部で改質する固体電解質型燃料電池セルにおいて、固
体電解質に接する内側がＮｉＯ／ＹＳＺで、その外側が
ＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ 4 の２層構造よりなることを特徴
とする内部改質用固体電解質型燃料電池セルの燃料極で
ある。
【０００５】内部改質用ＳＯＦＣの燃料極材料には、耐
炭素析出に優れた材料を使用する必要がある。この候補
材料としてＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 があるが、このもの
は耐炭素析出には優れているが、従来のＮｉＯ／ＹＳＺ
に比べ、図４に示すように、反応抵抗が高くなり、セル
の性能が従来に比べ低くなる可能性がある。そこで、本
発明はこれらの問題を解決するために、図１に示すよう
に、本発明の内部改質用ＳＯＦＣの固体電解質に近い方
の燃料極にＮｉＯ／ＹＳＺを、その外側にＮｉＯ／Ｍｇ
Ａｌ2 Ｏ4 を使用したものである。すなわち、固体電解
質界面では反応抵抗の低いＮｉＯ／ＹＳＺを、天然ガス
による炭素析出に関してはＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 を使
用することにより、内部改質用ＳＯＦＣの発電性能を向
上させることができるようにしたものである。
炭素析出に優れた材料を使用する必要がある。この候補
材料としてＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 があるが、このもの
は耐炭素析出には優れているが、従来のＮｉＯ／ＹＳＺ
に比べ、図４に示すように、反応抵抗が高くなり、セル
の性能が従来に比べ低くなる可能性がある。そこで、本
発明はこれらの問題を解決するために、図１に示すよう
に、本発明の内部改質用ＳＯＦＣの固体電解質に近い方
の燃料極にＮｉＯ／ＹＳＺを、その外側にＮｉＯ／Ｍｇ
Ａｌ2 Ｏ4 を使用したものである。すなわち、固体電解
質界面では反応抵抗の低いＮｉＯ／ＹＳＺを、天然ガス
による炭素析出に関してはＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 を使
用することにより、内部改質用ＳＯＦＣの発電性能を向
上させることができるようにしたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】固体電解質（一般的にはＹＳＺが
使用されるがＣＳＺ，ＣｅＯ2 でもよい）に接するＮｉ
Ｏ／ＹＳＺは一般的にＮｉＯ：４０〜８０ｖｏｌ％、Ｙ
ＳＺ：６０〜２０％の混合物が使用される。ＮｉＯ／Ｙ
ＳＺの関与する電極反応はＮｉＯ／ＹＳＺ（電解質）／
気相の三相界面で進行する。このために三相界面の増加
に対してはＹＳＺを極力多く添加する方が望ましいが、
ＮｉＯ比が下がるとＮｉＯ／ＹＳＺ接触点数が低下し、
界面での接触抵抗が増加する。したがって三相界面量を
増し、かつ接触抵抗を抑えるＮｉＯ比の適正な範囲とし
て４０〜８０ｖｏｌ％とする。
使用されるがＣＳＺ，ＣｅＯ2 でもよい）に接するＮｉ
Ｏ／ＹＳＺは一般的にＮｉＯ：４０〜８０ｖｏｌ％、Ｙ
ＳＺ：６０〜２０％の混合物が使用される。ＮｉＯ／Ｙ
ＳＺの関与する電極反応はＮｉＯ／ＹＳＺ（電解質）／
気相の三相界面で進行する。このために三相界面の増加
に対してはＹＳＺを極力多く添加する方が望ましいが、
ＮｉＯ比が下がるとＮｉＯ／ＹＳＺ接触点数が低下し、
界面での接触抵抗が増加する。したがって三相界面量を
増し、かつ接触抵抗を抑えるＮｉＯ比の適正な範囲とし
て４０〜８０ｖｏｌ％とする。
【０００７】外側のＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 は一般的に
ＮｉＯ：７０〜４０ｖｏｌ％、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ：３０〜
６０ｖｏｌ％の混合物が使用される。ＮｉＯ／ＭｇＡｌ
2 Ｏ 4 は炭素析出を抑えることが可能であると同時に電
気伝導に寄与する。このため燃料極の導電率は１０００
Ｓ／ｃｍ以上を確保する必要があり、このためにはＮｉ
Ｏ比を高くすることが望ましいが、ＮｉＯ比が高いと電
解質（ＹＳＺ）との熱膨張差により破損する。このため
ＮｉＯ比の適正な範囲として７０〜４０ｖｏｌ％とす
る。
ＮｉＯ：７０〜４０ｖｏｌ％、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ：３０〜
６０ｖｏｌ％の混合物が使用される。ＮｉＯ／ＭｇＡｌ
2 Ｏ 4 は炭素析出を抑えることが可能であると同時に電
気伝導に寄与する。このため燃料極の導電率は１０００
Ｓ／ｃｍ以上を確保する必要があり、このためにはＮｉ
Ｏ比を高くすることが望ましいが、ＮｉＯ比が高いと電
解質（ＹＳＺ）との熱膨張差により破損する。このため
ＮｉＯ比の適正な範囲として７０〜４０ｖｏｌ％とす
る。
【０００８】ＮｉＯ／ＹＳＺ，ＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4
の膜厚は夫々前者：２０〜５０μｍ、後者：１００〜２
００μｍの範囲が一般的である。ＮｉＯ／ＹＳＺ膜は主
として電極反応に関与するため膜厚は薄くてよく、また
ＮｉＯ／ＹＳＺ系の熱膨張率差による影響を低減するた
め、膜厚として２０〜５０μｍとする。ＮｉＯ／ＭｇＡ
ｌ2 Ｏ4 膜は主として電気伝導に寄与するため膜厚は厚
い方がよく、またＮｉＯ／ＹＳＺ系に比べ熱膨張率差の
影響は小さい。このため膜厚として１００〜２０００μ
ｍとする。
の膜厚は夫々前者：２０〜５０μｍ、後者：１００〜２
００μｍの範囲が一般的である。ＮｉＯ／ＹＳＺ膜は主
として電極反応に関与するため膜厚は薄くてよく、また
ＮｉＯ／ＹＳＺ系の熱膨張率差による影響を低減するた
め、膜厚として２０〜５０μｍとする。ＮｉＯ／ＭｇＡ
ｌ2 Ｏ4 膜は主として電気伝導に寄与するため膜厚は厚
い方がよく、またＮｉＯ／ＹＳＺ系に比べ熱膨張率差の
影響は小さい。このため膜厚として１００〜２０００μ
ｍとする。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の内部改質用ＳＯＦＣの燃料極
の具体的な実施例をあげ、本発明の効果を明らかにす
る。図２において、１は２０ｖｏｌ％ＮｉＯ／ＣＳＺよ
りなる基体管、２は粒径：０．５〜１μｍのＮｉＯ：５
０ｖｏｌ％と粒径：２〜５μｍのＹＳＺ：５０ｖｏｌ％
よりなる膜厚：２０〜３０μｍよりなる内側燃料径、
２′は粒径：０．５〜１μｍのＮｉＯ：６０ｖｏｌ％と
粒径：５〜１０μｍのＭｇＡｌ2 Ｏ4 ：４０ｖｏｌより
なる膜厚：約１５０μｍの外側燃料極、３はＹＳＺより
なる固体電解質、４はＬａＭｅＭｎＯ3 （但し、Ｍｅ：
Ｓｒ，Ｃａ）なるペロブスカイト型酸化物よりなる空気
極、５はＮｉＡｌ／Ａｌ2 Ｏ3 サーメットよりなるイン
ターコネクタを示す。
の具体的な実施例をあげ、本発明の効果を明らかにす
る。図２において、１は２０ｖｏｌ％ＮｉＯ／ＣＳＺよ
りなる基体管、２は粒径：０．５〜１μｍのＮｉＯ：５
０ｖｏｌ％と粒径：２〜５μｍのＹＳＺ：５０ｖｏｌ％
よりなる膜厚：２０〜３０μｍよりなる内側燃料径、
２′は粒径：０．５〜１μｍのＮｉＯ：６０ｖｏｌ％と
粒径：５〜１０μｍのＭｇＡｌ2 Ｏ4 ：４０ｖｏｌより
なる膜厚：約１５０μｍの外側燃料極、３はＹＳＺより
なる固体電解質、４はＬａＭｅＭｎＯ3 （但し、Ｍｅ：
Ｓｒ，Ｃａ）なるペロブスカイト型酸化物よりなる空気
極、５はＮｉＡｌ／Ａｌ2 Ｏ3 サーメットよりなるイン
ターコネクタを示す。
【００１０】基体管１上に、ＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 よ
りなる外側燃料極２′とＮｉＯ／ＹＳＺよりなる内側燃
料極２の２層構造の燃料極を成膜し、その後従来と同じ
ように、固体電解質３、インターコネクタ５、空気極４
を成膜したセルを製作した。基体管１内に供給された天
然ガスは基体管１壁を通過して、基体管の外周面に配置
された燃料極に達するが、前述のとおり、燃料極はＮｉ
Ｏ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 からなる外側燃料極２′とＮｉＯ／
ＹＳＺよりなる内側燃料極２から構成されているため、
天然ガス（ＣｘＨｙ）＋Ｈ2 Ｏは先ず外側燃料極２′と
接触して改質されＣＯ，Ｈ2 に変化する。その際、外側
燃料極２′の材質であるＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 は炭素
が析出しにくい材料であるため、従来のＮｉＯ／ＹＳＺ
のように炭素析出による発電性能の劣化が生じない。従
って、図３に示す如く長期間にわたって高い作動電圧を
維持できる。
りなる外側燃料極２′とＮｉＯ／ＹＳＺよりなる内側燃
料極２の２層構造の燃料極を成膜し、その後従来と同じ
ように、固体電解質３、インターコネクタ５、空気極４
を成膜したセルを製作した。基体管１内に供給された天
然ガスは基体管１壁を通過して、基体管の外周面に配置
された燃料極に達するが、前述のとおり、燃料極はＮｉ
Ｏ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 からなる外側燃料極２′とＮｉＯ／
ＹＳＺよりなる内側燃料極２から構成されているため、
天然ガス（ＣｘＨｙ）＋Ｈ2 Ｏは先ず外側燃料極２′と
接触して改質されＣＯ，Ｈ2 に変化する。その際、外側
燃料極２′の材質であるＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 は炭素
が析出しにくい材料であるため、従来のＮｉＯ／ＹＳＺ
のように炭素析出による発電性能の劣化が生じない。従
って、図３に示す如く長期間にわたって高い作動電圧を
維持できる。
【００１１】
【発明の効果】本発明による燃料極を使用した内部改質
用ＳＯＦＣは従来の燃料極を用いた内部改質用ＳＯＦＣ
に比べ、炭素析出が緩和できたため、前記図３に示すよ
うに長時間、安定した発電を行うことが可能となった。
これにより、本発明の燃料極のこの分野における工業的
効果が優れていることが判る。
用ＳＯＦＣは従来の燃料極を用いた内部改質用ＳＯＦＣ
に比べ、炭素析出が緩和できたため、前記図３に示すよ
うに長時間、安定した発電を行うことが可能となった。
これにより、本発明の燃料極のこの分野における工業的
効果が優れていることが判る。
【図１】本発明の燃料極の構成の断面状態を示す模式
図。
図。
【図２】本発明の燃料極を用いた内部改質用ＳＯＦＣの
断面状態を示す模式図。
断面状態を示す模式図。
【図３】本発明の燃料極を用いた内部改質用ＳＯＦＣの
発電性能を示す図表。
発電性能を示す図表。
【図４】燃料極材料であるＮｉＯ／ＹＳＺとＮｉＯ／Ｍ
ｇＡｌ2 Ｏ4 の反応抵抗値を示す図表。
ｇＡｌ2 Ｏ4 の反応抵抗値を示す図表。
【図５】従来の燃料極を用いた内部改質用ＳＯＦＣの断
面状態を示す模式図。
面状態を示す模式図。
【図６】従来の燃料極（ＮｉＯ／ＹＳＺ）の欠点を説明
するための模式図。
するための模式図。
Claims (1)
- 【請求項１】 天然ガスをセル内部で改質する固体電解
質型燃料電池セルにおいて、固体電解質に接する内側が
ＮｉＯ／ＹＳＺで、その外側がＮｉＯ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4
の２層構造よりなることを特徴とする内部改質用固体電
解質型燃料電池セルの燃料極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7226364A JPH0973913A (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 内部改質用固体電解質型燃料電池セルの燃料極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7226364A JPH0973913A (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 内部改質用固体電解質型燃料電池セルの燃料極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0973913A true JPH0973913A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=16843991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7226364A Pending JPH0973913A (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 内部改質用固体電解質型燃料電池セルの燃料極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0973913A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1488472A1 (en) * | 2002-03-04 | 2004-12-22 | Ceramic Fuel Cells Limited | Solid oxide fuel cell |
| JP2005346991A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Kyocera Corp | 固体電解質形燃料電池セルスタック、バンドル及び燃料電池並びに燃料電池セルスタックの製造方法 |
| JP2008140652A (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 直接火炎型燃料電池 |
| 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 |
| US10109850B2 (en) * | 2011-11-07 | 2018-10-23 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrode active material, preparation method thereof, and electrode and lithium battery containing the same |
-
1995
- 1995-09-04 JP JP7226364A patent/JPH0973913A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1488472A1 (en) * | 2002-03-04 | 2004-12-22 | Ceramic Fuel Cells Limited | Solid oxide fuel cell |
| EP1488472A4 (en) * | 2002-03-04 | 2007-10-24 | Ceramic Fuel Cells Ltd | SOLID OXIDE FUEL CELL |
| US7691521B2 (en) | 2002-03-04 | 2010-04-06 | Ceramic Fuel Cells Limited | Solid oxide fuel cell |
| JP2005346991A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Kyocera Corp | 固体電解質形燃料電池セルスタック、バンドル及び燃料電池並びに燃料電池セルスタックの製造方法 |
| JP2008140652A (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 直接火炎型燃料電池 |
| US8252477B2 (en) | 2006-12-01 | 2012-08-28 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Direct-flame fuel cell |
| 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 |
| US10109850B2 (en) * | 2011-11-07 | 2018-10-23 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrode active material, preparation method thereof, and electrode and lithium battery containing the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011016 |