JPH10255832A - 低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料 - Google Patents
低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料Info
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- JPH10255832A JPH10255832A JP9074473A JP7447397A JPH10255832A JP H10255832 A JPH10255832 A JP H10255832A JP 9074473 A JP9074473 A JP 9074473A JP 7447397 A JP7447397 A JP 7447397A JP H10255832 A JPH10255832 A JP H10255832A
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温動作型固体燃料電池用空気極に関するも
ので、従来のマンガン系材料に比べ電極活性が高い空気
極材料を提供することを目的とする。 【解決手段】 イオン伝導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3
あるいはこれに遷移金属を添加したものと、電子伝導体
Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）の複合材
からなり、且つＡ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何
れかであり、且つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、ま
たは、両方を含み、その合計の含有率が０．０５〜０．
３０である。 【効果】 電極活性が高く８００℃でも小さな通電圧
で、従来材料のＬａ0. 8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べ優れた特
性を有するセルを得た。
ので、従来のマンガン系材料に比べ電極活性が高い空気
極材料を提供することを目的とする。 【解決手段】 イオン伝導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3
あるいはこれに遷移金属を添加したものと、電子伝導体
Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）の複合材
からなり、且つＡ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何
れかであり、且つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、ま
たは、両方を含み、その合計の含有率が０．０５〜０．
３０である。 【効果】 電極活性が高く８００℃でも小さな通電圧
で、従来材料のＬａ0. 8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べ優れた特
性を有するセルを得た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低温動作固体燃料電池用
複合型空気極材料に関するものである。
複合型空気極材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および問題点】近年、酸素イオン伝導体を
用いた固体電解質燃料電池に関心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特徴を持っている。
用いた固体電解質燃料電池に関心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特徴を持っている。
【０００３】固体電解質燃料電池は、約１０００℃の高
温で動作させる必要があるため、セルは、セラミック材
によって構成されている。セルは、酸素イオン伝導体で
ある固体電解質を挟んで電子伝導体である空気極と燃料
極が配置されている。これらの電極は、ガスが拡散しや
すくする為に多孔質体を用いる。このセルを積み重ねる
為にセル間に電子伝導体であるインターコネクタ材を使
用する。従来検討されてきた、これら要素材を表１に示
した。
温で動作させる必要があるため、セルは、セラミック材
によって構成されている。セルは、酸素イオン伝導体で
ある固体電解質を挟んで電子伝導体である空気極と燃料
極が配置されている。これらの電極は、ガスが拡散しや
すくする為に多孔質体を用いる。このセルを積み重ねる
為にセル間に電子伝導体であるインターコネクタ材を使
用する。従来検討されてきた、これら要素材を表１に示
した。
【０００４】
【０００５】固体電解質としては従来ＹＳＺ（イットリ
ウム安定化ジルコニア）が最も有望視されているが、十
分な酸素イオン伝導度を得るには１０００℃の高温で動
作させる必要があるが、このような高温では電極と電解
質の界面での劣化反応等が生じ、部品寿命の劣化が激し
く信頼性の高い電池の実現が難しい。
ウム安定化ジルコニア）が最も有望視されているが、十
分な酸素イオン伝導度を得るには１０００℃の高温で動
作させる必要があるが、このような高温では電極と電解
質の界面での劣化反応等が生じ、部品寿命の劣化が激し
く信頼性の高い電池の実現が難しい。
【０００６】そこで８００℃程度の低温で動作する固体
燃料電池の開発が求められている。低温動作時に十分な
酸素イオン伝導度を得るためにジルコニア−スカンジウ
ム系、セリア系およびＹＳＺの薄層化などの検討が行わ
れている。
燃料電池の開発が求められている。低温動作時に十分な
酸素イオン伝導度を得るためにジルコニア−スカンジウ
ム系、セリア系およびＹＳＺの薄層化などの検討が行わ
れている。
【０００７】低温動作化には固体電解質の他に空気極の
電気伝導性の低下、および空気極の電極活性が低下する
ため空気極における通電圧の上昇がおこり、発電効率の
低下などの問題が生じる。
電気伝導性の低下、および空気極の電極活性が低下する
ため空気極における通電圧の上昇がおこり、発電効率の
低下などの問題が生じる。
【０００８】このため、低温においてマンガン系に比べ
電極活性が高い空気極が求められている。一般に空気極
における電極反応は、図５に示すように固体電解質１と
電子伝導体２である空気極材（典型的にはＬａ0.8Ｓｒ
0.2ＭｎＯ3）、そして、空気の接する三相界面に限定さ
れている（空気極上における反応過程はＯ2→２Ｏ、２
Ｏ→２Ｏ2-）。
電極活性が高い空気極が求められている。一般に空気極
における電極反応は、図５に示すように固体電解質１と
電子伝導体２である空気極材（典型的にはＬａ0.8Ｓｒ
0.2ＭｎＯ3）、そして、空気の接する三相界面に限定さ
れている（空気極上における反応過程はＯ2→２Ｏ、２
Ｏ→２Ｏ2-）。
【０００９】電子伝導体にイオン伝導性を有するジルコ
ニア系固体電解質材ＺｒＯ2−Ｙ2Ｏ3を分散させること
で、三相界面長を増やし電極活性を高める検討がなされ
ている。しかし、ジルコニアと空気極材とは、界面にお
いて不導体であるパイロクア相（Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7）やＳ
ｒＺｒＯ3などを形成し易い。これらの相ができると電
極反応が妨げられ、結局セル特性が低下してしまう。
ニア系固体電解質材ＺｒＯ2−Ｙ2Ｏ3を分散させること
で、三相界面長を増やし電極活性を高める検討がなされ
ている。しかし、ジルコニアと空気極材とは、界面にお
いて不導体であるパイロクア相（Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7）やＳ
ｒＺｒＯ3などを形成し易い。これらの相ができると電
極反応が妨げられ、結局セル特性が低下してしまう。
【００１０】本発明は低温動作型固体燃料電池用空気極
に関するもので、従来のマンガン系材料に比べ電極活性
が高い空気極材料を提供することを目的とする。
に関するもので、従来のマンガン系材料に比べ電極活性
が高い空気極材料を提供することを目的とする。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
ため、本発明による低温動作固体燃料電池用複合型空気
極材料は、固体電解質とそれに隣接して設けられた多孔
質な空気極および燃料極からなるセル、そして、それら
を電気的に接続するインターコネクタを有し、燃料ガス
と空気または酸素ガスとの化学反応を電気エネルギーに
変換する固体燃料電池において、前記空気極がイオン伝
導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３
０、０．０５＜Ｙ＜０．３０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．
５０）と、電子伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ
＜０．３０）の複合材からなり、且つＡ及びＣはＬａ、
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかであり、且つＢ及びＤは、Ｓ
ｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含み、その合計の含
有率が０．０５〜０．３０であることを特徴とする。
ため、本発明による低温動作固体燃料電池用複合型空気
極材料は、固体電解質とそれに隣接して設けられた多孔
質な空気極および燃料極からなるセル、そして、それら
を電気的に接続するインターコネクタを有し、燃料ガス
と空気または酸素ガスとの化学反応を電気エネルギーに
変換する固体燃料電池において、前記空気極がイオン伝
導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３
０、０．０５＜Ｙ＜０．３０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．
５０）と、電子伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ
＜０．３０）の複合材からなり、且つＡ及びＣはＬａ、
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかであり、且つＢ及びＤは、Ｓ
ｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含み、その合計の含
有率が０．０５〜０．３０であることを特徴とする。
【００１２】また、本発明による低温動作固体燃料電池
用複合型空気極材料は、固体電解質とそれに隣接して設
けられた多孔質な空気極および燃料極からなるセル、そ
して、それらを電気的に接続するインターコネクタを有
し、燃料ガスと空気または酸素ガスとの化学反応を電気
エネルギーに変換する固体燃料電池において、前記空気
極が混合伝導体Ａ1-XＢX（Ｇａ1-ZＭｇZ）1-YＭYＯ3、
（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．００５＜Ｙ＜０．３０
０、０．０５＜Ｚ＜０．３００、Ｍ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ
3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）との複合材からなり、且
つＡ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかであり、
且つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、両方を
含み、その合計の含有率が０．０５〜０．３０であるこ
とを特徴とする。
用複合型空気極材料は、固体電解質とそれに隣接して設
けられた多孔質な空気極および燃料極からなるセル、そ
して、それらを電気的に接続するインターコネクタを有
し、燃料ガスと空気または酸素ガスとの化学反応を電気
エネルギーに変換する固体燃料電池において、前記空気
極が混合伝導体Ａ1-XＢX（Ｇａ1-ZＭｇZ）1-YＭYＯ3、
（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．００５＜Ｙ＜０．３０
０、０．０５＜Ｚ＜０．３００、Ｍ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ
3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）との複合材からなり、且
つＡ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかであり、
且つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、両方を
含み、その合計の含有率が０．０５〜０．３０であるこ
とを特徴とする。
【００１３】本発明の低温動作型固体燃料電池用複合型
空気極材料は、従来の空気極材と同じ結晶系（ペロブス
カイト系）に属し且つ、イオン伝導性の高いＬａＧａＯ
3系の材料を、従来材であるＬａＭｎＯ3系の電極材中に
分散させて複合型電極とする。これにより、電極と電解
質の三相界面長を増やし電極活性を高め、かつ安定な三
相界面を形成することができる。また、先のイオン伝導
体に遷移金属元素を添加することで電子伝導性も併せて
発現させ、電極活性を向上させている（混合伝導体）。
これにより８００℃程度の比較的低温においても電極活
性が充分高い空気極材料となることを特徴とする。
空気極材料は、従来の空気極材と同じ結晶系（ペロブス
カイト系）に属し且つ、イオン伝導性の高いＬａＧａＯ
3系の材料を、従来材であるＬａＭｎＯ3系の電極材中に
分散させて複合型電極とする。これにより、電極と電解
質の三相界面長を増やし電極活性を高め、かつ安定な三
相界面を形成することができる。また、先のイオン伝導
体に遷移金属元素を添加することで電子伝導性も併せて
発現させ、電極活性を向上させている（混合伝導体）。
これにより８００℃程度の比較的低温においても電極活
性が充分高い空気極材料となることを特徴とする。
【００１４】
【作用】以下に本発明の作用を説明する。
【００１５】空気極において、酸素イオン伝導体（Ｌａ
−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ3あるいは複合伝導体（Ｌａ
−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ−Ｍ）Ｏ3（Ｍ＝Ｃｒ，ＭｎＣ
ｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）を従来材である（Ｌａ−Ｓｒ）ＭｎＯ
3に分散させ、イオン伝導体（混合伝導体）−電子伝導
体の複合系とすることで、電極反応のおこる三相界面長
が大幅に増え、電極特性が改善される。即ち、大きな電
流を流しても、セル端子電圧の低下が少ない。
−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ3あるいは複合伝導体（Ｌａ
−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ−Ｍ）Ｏ3（Ｍ＝Ｃｒ，ＭｎＣ
ｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）を従来材である（Ｌａ−Ｓｒ）ＭｎＯ
3に分散させ、イオン伝導体（混合伝導体）−電子伝導
体の複合系とすることで、電極反応のおこる三相界面長
が大幅に増え、電極特性が改善される。即ち、大きな電
流を流しても、セル端子電圧の低下が少ない。
【００１６】酸素分子が酸素イオンＯ2-となる電極反応
はイオン伝導体３と電子伝導体２とガス（空気）の３つ
の相が接する三相界面にのみ限定されている。ここで、
酸素イオン伝導体３を混合させ、複合材とすることで、
図１に示すごとく、この三相界面長を拡大することがで
きる。
はイオン伝導体３と電子伝導体２とガス（空気）の３つ
の相が接する三相界面にのみ限定されている。ここで、
酸素イオン伝導体３を混合させ、複合材とすることで、
図１に示すごとく、この三相界面長を拡大することがで
きる。
【００１７】特に（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ
3は、高い酸素イオン伝導性を有しているため、この様
な複合体を形成するのに適している。さらに酸素イオン
伝導体である（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ3に、Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属元素を添加
し、（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ−Ｍ）Ｏ3（Ｍ＝Ｃ
ｒ，ＭｎＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）とすることで、電子伝導性
を付与することができる。これにより電極反応を粒内部
にも拡大することができるため、特性が更に改善する。
また、この系は、電極材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ
3と同じ結晶系（ペロブスカイト系）であるため接触面
における相互拡散が起こった場合でも不導体相ができる
ことは無いため、特性の劣化がほとんど無い。この材料
を空気極に用いることで、電極特性従来材に比べ向上
し、８００℃程度の低温でも１０００℃動作に近い発電
特性を有する固体燃料電池用空気極材料を実現できる。
また、この三相界面が安定に存在するため、セルの作製
時、および動作時に受ける熱履歴に対してセル特性の劣
化が生じない。
3は、高い酸素イオン伝導性を有しているため、この様
な複合体を形成するのに適している。さらに酸素イオン
伝導体である（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ）Ｏ3に、Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属元素を添加
し、（Ｌａ−Ｓｒ）（Ｇａ−Ｍｇ−Ｍ）Ｏ3（Ｍ＝Ｃ
ｒ，ＭｎＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）とすることで、電子伝導性
を付与することができる。これにより電極反応を粒内部
にも拡大することができるため、特性が更に改善する。
また、この系は、電極材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ
3と同じ結晶系（ペロブスカイト系）であるため接触面
における相互拡散が起こった場合でも不導体相ができる
ことは無いため、特性の劣化がほとんど無い。この材料
を空気極に用いることで、電極特性従来材に比べ向上
し、８００℃程度の低温でも１０００℃動作に近い発電
特性を有する固体燃料電池用空気極材料を実現できる。
また、この三相界面が安定に存在するため、セルの作製
時、および動作時に受ける熱履歴に対してセル特性の劣
化が生じない。
【００１８】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。なお、当
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
【００１９】
【実施例１】本発明の効果を示すために、図２、図３に
示す構造の単セルで試験を行なった。図２は前記単セル
の断面図、図３は平面図であり、図中、４は燃料極、５
は固体電解質、６は空気極、７はリファレンス極（白金
ペースト）、８は集電用白金メッシュ（６ｍｍφ）であ
る。
示す構造の単セルで試験を行なった。図２は前記単セル
の断面図、図３は平面図であり、図中、４は燃料極、５
は固体電解質、６は空気極、７はリファレンス極（白金
ペースト）、８は集電用白金メッシュ（６ｍｍφ）であ
る。
【００２０】固体電解質（寸法２２×２２ｍｍ）５とし
て（ＺｒＯ2）0.89（Ｓｃ2Ｏ3）0.1 05（Ａｌ2Ｏ3）
0.005なる組成よりなる酸化物を、燃料極４にはＮｉ−
ＹＳＺ（Ｎｉ：６０ｍｏｌ％）（寸法１８ｍｍφ）を、
そして空気極（寸法６ｍｍφ）６に平均粒径１０ミクロ
ンのイオン伝導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3（０．０５
＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜０．３０、０．１０＜
Ｘ＋Ｙ＜０．５０）と、平均粒径１ミクロンの電子伝導
体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）の複合
材を用いた。燃料極の面積を空気極に比べ大きくするこ
とで、燃料極の影響を少なくしている。
て（ＺｒＯ2）0.89（Ｓｃ2Ｏ3）0.1 05（Ａｌ2Ｏ3）
0.005なる組成よりなる酸化物を、燃料極４にはＮｉ−
ＹＳＺ（Ｎｉ：６０ｍｏｌ％）（寸法１８ｍｍφ）を、
そして空気極（寸法６ｍｍφ）６に平均粒径１０ミクロ
ンのイオン伝導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ3（０．０５
＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜０．３０、０．１０＜
Ｘ＋Ｙ＜０．５０）と、平均粒径１ミクロンの電子伝導
体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）の複合
材を用いた。燃料極の面積を空気極に比べ大きくするこ
とで、燃料極の影響を少なくしている。
【００２１】具体的な組成は表２−１、表２−２に示
す。また、混合比は体積比で、イオン伝導体：電子伝導
体＝１：２とした。本実施例に使用した単セルの作製方
法を以下に示す。まずドクターブレード法により固体電
解質のセラミックス薄板のグリーンシートを形成し１６
００℃で焼上げる。これにスクリーンプリントで燃料極
にＮｉ−ＹＳＺを塗布し（１８ｍｍ径）１４００℃で焼
き、この後、上記の空気極を塗布し（６ｍｍ径）１１０
０℃で焼き付けた。図２の空気極、燃料極の厚みは０．
１ｍｍ、固体電解質の厚みを０．３ｍｍとし、１０ｍｍ
φの単セルを形成した。
す。また、混合比は体積比で、イオン伝導体：電子伝導
体＝１：２とした。本実施例に使用した単セルの作製方
法を以下に示す。まずドクターブレード法により固体電
解質のセラミックス薄板のグリーンシートを形成し１６
００℃で焼上げる。これにスクリーンプリントで燃料極
にＮｉ−ＹＳＺを塗布し（１８ｍｍ径）１４００℃で焼
き、この後、上記の空気極を塗布し（６ｍｍ径）１１０
０℃で焼き付けた。図２の空気極、燃料極の厚みは０．
１ｍｍ、固体電解質の厚みを０．３ｍｍとし、１０ｍｍ
φの単セルを形成した。
【００２２】図４に空気極をＬａ0.8Ｓｒ0.2Ｇａ0.85Ｍ
ｇ0.15Ｏ3とＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3の複合体とした時の
単セルの水素−酸素雰囲気８００℃における電流密度−
電圧特性を示す。ここで、電流密度は、空気極の面積を
基にして求めた値である。比較のために上記の単セルの
空気極だけをＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3としたセルの特性
も同時に示す。表２−１及び表２−２に空気極における
セル端子電圧の空気極におけるイオン伝導体の組成依存
性を示す。ここで、セル端子電圧は電流密度が１．０Ａ
／ｃｍ2時の値である。表１−１では、複合型空気極の
イオン伝導材の組成を変化させ、表１−２では、複合型
空気極の電子伝導材の組成を変化させた時のセル端子電
圧を示してある。これら本発明の空気極を用いた時は、
いずれも従来のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を空気極に用い
たセルに比べ良好な特性を示した。
ｇ0.15Ｏ3とＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3の複合体とした時の
単セルの水素−酸素雰囲気８００℃における電流密度−
電圧特性を示す。ここで、電流密度は、空気極の面積を
基にして求めた値である。比較のために上記の単セルの
空気極だけをＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3としたセルの特性
も同時に示す。表２−１及び表２−２に空気極における
セル端子電圧の空気極におけるイオン伝導体の組成依存
性を示す。ここで、セル端子電圧は電流密度が１．０Ａ
／ｃｍ2時の値である。表１−１では、複合型空気極の
イオン伝導材の組成を変化させ、表１−２では、複合型
空気極の電子伝導材の組成を変化させた時のセル端子電
圧を示してある。これら本発明の空気極を用いた時は、
いずれも従来のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を空気極に用い
たセルに比べ良好な特性を示した。
【００２３】
【００２４】
【００２５】 * セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ2における値 ** 複合空気極に用いた電子伝導体は、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3で、 混合比はイオン伝導体：電子伝導体＝１：２とした。
【００２６】
【００２７】 * セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ2における値。 ** 複合空気極に用いたイオン伝導体は、Ｐｒ0.800Ｓｒ0.100Ｃａ0.100Ｇａ 0.850Ｍｇ0.150Ｏ3
【００２８】
【実施例２】実施例１と同様の単セルにおいて、空気極
の材料のイオン伝導体に遷移金属を添加した組成にして
実施例１と同様の実験を行った。表３−１及び表３−２
に示す様に実施例１に比べても更にセル特性が改善さ
れ、従来材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べいず
れも良好な結果を得た。
の材料のイオン伝導体に遷移金属を添加した組成にして
実施例１と同様の実験を行った。表３−１及び表３−２
に示す様に実施例１に比べても更にセル特性が改善さ
れ、従来材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べいず
れも良好な結果を得た。
【００２９】
【００３０】
【００３１】 * セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ2における値。 ** 電子伝導体として、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を用い、 混合比はイオン伝導体：電子伝導体＝１：２とした。
【００３２】
【００３３】 * セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ2における値。 ** 電子伝導体として、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を用い、 混合比はイオン伝導体：電子伝導体＝１：２とした。
【００３４】
【実施例３】実施例２と同様の単セルにおいて、空気極
の組成をＬａ0.8Ｓｒ0.2（Ｇａ0.85Ｍｇ0.15）0.9Ｃｏ
0.1Ｏ3に固定し、混合伝導体と電子伝導体との混合比だ
けを１：０．５から１：２０まで変化させて実施例２と
同様の実験を行った。表４に示す様に実施例２とほぼ同
様に従来材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べいず
れも良好な結果を得た。またイオン導電体と電子伝導体
の混合比を上記の範囲に変化させた場合も場合でも同様
な結果を示した。
の組成をＬａ0.8Ｓｒ0.2（Ｇａ0.85Ｍｇ0.15）0.9Ｃｏ
0.1Ｏ3に固定し、混合伝導体と電子伝導体との混合比だ
けを１：０．５から１：２０まで変化させて実施例２と
同様の実験を行った。表４に示す様に実施例２とほぼ同
様に従来材料であるＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比べいず
れも良好な結果を得た。またイオン導電体と電子伝導体
の混合比を上記の範囲に変化させた場合も場合でも同様
な結果を示した。
【００３５】 * セル端子電圧は電流１．０Ａ／ｃｍ2における値。 ** 電子伝導体として、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を用いた。 *** 混合比は体積比とした。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、固体電解質燃料電
池の空気極材料を、イオン伝導体Ａ1- XＢXＧａ1-YＭｇY
Ｏ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜０．３
０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．５０）あるいはＡ1-XＢ
X（Ｇａ1-ZＭｇZ）1-YＭYＯ3、（０．０５＜Ｘ＜０．３
０、０．００５＜Ｙ＜０．３００、０．０５＜Ｚ＜０．
３００、Ｍ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子
伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）
（Ａ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れか、で且
つ、Ｄは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含む）
の複合材とすることで、電極活性が高く８００℃でも小
さな通電圧で、従来材料のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比
べ優れた特性を有するセルを得ることに成功した。本発
明は固体燃料電池の高効率動作化に大きな貢献をなすも
のである。
池の空気極材料を、イオン伝導体Ａ1- XＢXＧａ1-YＭｇY
Ｏ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜０．３
０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．５０）あるいはＡ1-XＢ
X（Ｇａ1-ZＭｇZ）1-YＭYＯ3、（０．０５＜Ｘ＜０．３
０、０．００５＜Ｙ＜０．３００、０．０５＜Ｚ＜０．
３００、Ｍ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子
伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）
（Ａ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れか、で且
つ、Ｄは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、両方を含む）
の複合材とすることで、電極活性が高く８００℃でも小
さな通電圧で、従来材料のＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3に比
べ優れた特性を有するセルを得ることに成功した。本発
明は固体燃料電池の高効率動作化に大きな貢献をなすも
のである。
【図１】本発明による電極反応の概念図。
【図２】実施例に用いた単セルの断面図。
【図３】実施例に用いた単セルの平面図。
【図４】実施例１で行った単セルの電流−電圧特性を示
す図。
す図。
【図５】従来の電極反応の概念図。
１ 固体電解質 ２ 電子伝導体 ３ イオン伝導体 ４ 燃料極 ５ 固体電解質 ６ 空気極
Claims (4)
- 【請求項１】固体電解質とそれに隣接して設けられた多
孔質な空気極および燃料極からなるセル、そして、それ
らを電気的に接続するインターコネクタを有し、燃料ガ
スと空気または酸素ガスとの化学反応を電気エネルギー
に変換する低温動作固体燃料電池用空気極材料におい
て、前記空気極がイオン伝導体Ａ1-XＢXＧａ1-YＭｇYＯ
3（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．０５＜Ｙ＜０．３
０、０．１０＜Ｘ＋Ｙ＜０．５０）と、電子伝導体Ｃ
1-XＤXＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）の複合材か
らなり、且つＡ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れ
かであり、且つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、また
は、両方を含み、その合計の含有率が０．０５〜０．３
０であることを特徴とする低温動作固体燃料電池用複合
型空気極材料。 - 【請求項２】請求項２において、イオン伝導体Ａ1-XＢX
Ｇａ1-YＭｇYＯ3と電子伝導体Ｃ1-XＤXＭｎＯ3の混合比
が、体積比で、１：０．５〜１：２０であることを特徴
とする低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料。 - 【請求項３】固体電解質とそれに隣接して設けられた多
孔質な空気極および燃料極からなるセル、そして、それ
らを電気的に接続するインターコネクタを有し、燃料ガ
スと空気または酸素ガスとの化学反応を電気エネルギー
に変換する低温動作固体燃料電池用空気極材料におい
て、前記空気極が混合伝導体Ａ1-XＢX（Ｇａ1-ZＭｇZ）
1-YＭYＯ3、（０．０５＜Ｘ＜０．３０、０．００５＜
Ｙ＜０．３００、０．０５＜Ｚ＜０．３００、Ｍ＝Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と、電子伝導体Ｃ1-XＤX
ＭｎＯ3（０．０５＜Ｘ＜０．３０）との複合材からな
り、且つＡ及びＣはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍの何れかで
あり、且つＢ及びＤは、Ｓｒ、Ｃａの何れか、または、
両方を含み、その合計の含有率が０．０５〜０．３０で
あることを特徴とする低温動作固体燃料電池用複合型空
気極材料。 - 【請求項４】請求項３において、混合伝導体Ａ1-XＢ
X（Ｇａ1-ZＭｇZ）1- YＭYＯ3と電子伝導体Ｃ1-XＤXＭｎ
Ｏ3の混合比が、体積比で、１：０．５〜１：２０であ
ることを特徴とする低温動作固体燃料電池用複合型空気
極材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07447397A JP3381544B2 (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | 低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07447397A JP3381544B2 (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | 低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10255832A true JPH10255832A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3381544B2 JP3381544B2 (ja) | 2003-03-04 |
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ID=13548274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07447397A Expired - Fee Related JP3381544B2 (ja) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | 低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3381544B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004319191A (ja) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学セル |
| US7160837B2 (en) | 2003-05-16 | 2007-01-09 | Kabushikikaisha Equos Research | Mixed conductor and mixed conductor producing method |
| JP2007051032A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Noritake Co Ltd | 酸化物イオン伝導体および酸素分離膜エレメント |
| WO2007069710A1 (ja) | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Kabushikikaisha Equos Research | 燃料電池反応層、燃料電池、燃料電池反応層の製造方法 |
| JP2007283208A (ja) * | 2006-04-17 | 2007-11-01 | Nippon Soken Inc | 排ガス浄化用電気化学触媒 |
| US7479241B2 (en) | 2003-05-16 | 2009-01-20 | Kabushikikaisha Equos Research | Mixed conductor |
| JP2019151541A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-12 | 株式会社豊田中央研究所 | 酸化物イオン伝導体及び電気化学デバイス |
-
1997
- 1997-03-11 JP JP07447397A patent/JP3381544B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004319191A (ja) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学セル |
| US7160837B2 (en) | 2003-05-16 | 2007-01-09 | Kabushikikaisha Equos Research | Mixed conductor and mixed conductor producing method |
| US7479241B2 (en) | 2003-05-16 | 2009-01-20 | Kabushikikaisha Equos Research | Mixed conductor |
| JP2007051032A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Noritake Co Ltd | 酸化物イオン伝導体および酸素分離膜エレメント |
| WO2007069710A1 (ja) | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Kabushikikaisha Equos Research | 燃料電池反応層、燃料電池、燃料電池反応層の製造方法 |
| US8318383B2 (en) | 2005-12-16 | 2012-11-27 | Kabushikikaisha Equos Research | Fuel cell reaction layer |
| JP2007283208A (ja) * | 2006-04-17 | 2007-11-01 | Nippon Soken Inc | 排ガス浄化用電気化学触媒 |
| JP2019151541A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-12 | 株式会社豊田中央研究所 | 酸化物イオン伝導体及び電気化学デバイス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3381544B2 (ja) | 2003-03-04 |
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