JPH1154131A - 固体電解質型燃料電池の燃料電極、その成膜方法及びそれに用いる燃料電極材料 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の燃料電極、その成膜方法及びそれに用いる燃料電極材料Info
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- JPH1154131A JPH1154131A JP9206400A JP20640097A JPH1154131A JP H1154131 A JPH1154131 A JP H1154131A JP 9206400 A JP9206400 A JP 9206400A JP 20640097 A JP20640097 A JP 20640097A JP H1154131 A JPH1154131 A JP H1154131A
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電極のニッケル粒子が成膜時に大粒子化
せず、反応場が広くて分極が少なく、特性変化がない燃
料電極が成膜できる。 【解決手段】 この発明の燃料電極は、ニッケル、ニッ
ケル合金を母粒子12とし、混合伝導体粒子を子粒子13と
して母粒子の表面に付着させた複合粒子11を素材とする
ことにより、この複合粒子11の粉末材料を基体２の表面
に塗布し、焼成することによって成膜された燃料電極３
では、ニッケル成分母粒子の表面に混合伝導体が付着し
ているために母粒子同士が互いにくっつき合って巨大粒
子に成長することがなく、材料粉末とほぼ等しい粒径の
粒子のままにとどまった組織構造をしている。したがっ
て三相界面が広く、またニッケル成分母粒子の表面の混
合伝導体の子粒子が高電子伝導性を有しているので電子
伝導パスも確保することができ、高電子伝導性、高活性
を有し、かつ特性を維持する。
せず、反応場が広くて分極が少なく、特性変化がない燃
料電極が成膜できる。 【解決手段】 この発明の燃料電極は、ニッケル、ニッ
ケル合金を母粒子12とし、混合伝導体粒子を子粒子13と
して母粒子の表面に付着させた複合粒子11を素材とする
ことにより、この複合粒子11の粉末材料を基体２の表面
に塗布し、焼成することによって成膜された燃料電極３
では、ニッケル成分母粒子の表面に混合伝導体が付着し
ているために母粒子同士が互いにくっつき合って巨大粒
子に成長することがなく、材料粉末とほぼ等しい粒径の
粒子のままにとどまった組織構造をしている。したがっ
て三相界面が広く、またニッケル成分母粒子の表面の混
合伝導体の子粒子が高電子伝導性を有しているので電子
伝導パスも確保することができ、高電子伝導性、高活性
を有し、かつ特性を維持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体電解質型燃料電
池の燃料電極、その成膜方法及びそれに用いる燃料電極
材料に関する。
池の燃料電極、その成膜方法及びそれに用いる燃料電極
材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に固体電解質型燃料電池の一例とし
て、円筒固体電解質型燃料電池は図６に示す構造のもの
が提案されている。この固体電解質型燃料電池１０で
は、外側の多孔質空気電極（カソード）１にストロンチ
ウム添加ランタンマンガナイト、緻密な固体電解質２に
イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、多孔質燃料電
極（アノード）３にニッケル・ジルコニア・サーメット
のような燃料改質の触媒機能を有する材料が使用されて
いる。また燃料電極３の内側に配置される燃料改質機能
を持つ導電性フェルト４には、主にニッケル、白金、コ
バルト、パラジウム、ルテニウムなどの高電子伝導性を
有すると共に燃料改質の触媒機能を有する物質で、フェ
ルト状にしたものが用いられている。
て、円筒固体電解質型燃料電池は図６に示す構造のもの
が提案されている。この固体電解質型燃料電池１０で
は、外側の多孔質空気電極（カソード）１にストロンチ
ウム添加ランタンマンガナイト、緻密な固体電解質２に
イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、多孔質燃料電
極（アノード）３にニッケル・ジルコニア・サーメット
のような燃料改質の触媒機能を有する材料が使用されて
いる。また燃料電極３の内側に配置される燃料改質機能
を持つ導電性フェルト４には、主にニッケル、白金、コ
バルト、パラジウム、ルテニウムなどの高電子伝導性を
有すると共に燃料改質の触媒機能を有する物質で、フェ
ルト状にしたものが用いられている。
【０００３】そして燃料供給用導電性チューブ５にはそ
の内部に供給されてくる燃料を導電性フェルト４に通過
させ、かつ改質反応の触媒機能を有すると共に伝導性を
有する物質としてＳＵＳ３０４、インコネル、ニッケ
ル、白金、コバルト、パラジウムあるいはニッケルジル
コニアサーメットを材料とし、多孔質のチューブ形状に
仕上げたものが用いられている。
の内部に供給されてくる燃料を導電性フェルト４に通過
させ、かつ改質反応の触媒機能を有すると共に伝導性を
有する物質としてＳＵＳ３０４、インコネル、ニッケ
ル、白金、コバルト、パラジウムあるいはニッケルジル
コニアサーメットを材料とし、多孔質のチューブ形状に
仕上げたものが用いられている。
【０００４】固体電解質型燃料電池１０内の発電作用に
ついて説明すると、天然ガス、メタン、石炭ガス化ガス
などの燃料ガスを水蒸気と共に燃料供給用導電性チュー
ブ５内に導入することにより、この燃料供給用導電性チ
ューブ５の多孔質の管壁を通じて燃料ガスと水蒸気が導
電性フェルト４内に均等に流れ込む。そしてこの部分に
おいて高温度条件下、通常、６５０℃〜１０５０℃の条
件下で、燃料供給用導電性チューブ５及び導電性フェル
ト４の燃料改質の触媒機能により、次式の改質反応が発
生する。
ついて説明すると、天然ガス、メタン、石炭ガス化ガス
などの燃料ガスを水蒸気と共に燃料供給用導電性チュー
ブ５内に導入することにより、この燃料供給用導電性チ
ューブ５の多孔質の管壁を通じて燃料ガスと水蒸気が導
電性フェルト４内に均等に流れ込む。そしてこの部分に
おいて高温度条件下、通常、６５０℃〜１０５０℃の条
件下で、燃料供給用導電性チューブ５及び導電性フェル
ト４の燃料改質の触媒機能により、次式の改質反応が発
生する。
【０００５】
【化１】 この改質反応で発生する水素に対して、固体電解質２を
介して対極する空気電極１と燃料電極３との部分で次の
化２式の発電反応を起こし、遊離した電子ｅ-を集電す
ることによって発電力を得る。
介して対極する空気電極１と燃料電極３との部分で次の
化２式の発電反応を起こし、遊離した電子ｅ-を集電す
ることによって発電力を得る。
【０００６】
【化２】 つまり、燃料電極３においては化２（ａ）式に示すよう
に、改質反応で生成された供給された水素が、固体電解
質２から供給される酸素イオンＯ2-と反応して水蒸気と
電子を生成する。そして燃料電極３で生成された電子ｅ
- が導電性フェルト４と燃料供給用導電性チューブ５と
を経て陰極６から外部回路に回り、陽極７を経て空気電
極１に到達すると、この空気電極１において、化２
（ｂ）式に示すように空気中の酸素と反応して酸素イオ
ンＯ2-を生成し、これが固体電解質２に放出され、燃料
電極３側に到達して化２（ａ）式の反応に供されるので
ある。
に、改質反応で生成された供給された水素が、固体電解
質２から供給される酸素イオンＯ2-と反応して水蒸気と
電子を生成する。そして燃料電極３で生成された電子ｅ
- が導電性フェルト４と燃料供給用導電性チューブ５と
を経て陰極６から外部回路に回り、陽極７を経て空気電
極１に到達すると、この空気電極１において、化２
（ｂ）式に示すように空気中の酸素と反応して酸素イオ
ンＯ2-を生成し、これが固体電解質２に放出され、燃料
電極３側に到達して化２（ａ）式の反応に供されるので
ある。
【０００７】このような発電機構において、上記の改質
反応を有効に起こさせるためには、導電性フェルト４と
燃料供給用導電性チューブ５の材料に改質触媒機能を有
するものを選択しなければならず、一般的にはニッケル
金属、あるいはニッケルを主体とする合金やセラミック
材が用いられている。
反応を有効に起こさせるためには、導電性フェルト４と
燃料供給用導電性チューブ５の材料に改質触媒機能を有
するものを選択しなければならず、一般的にはニッケル
金属、あるいはニッケルを主体とする合金やセラミック
材が用いられている。
【０００８】また燃料電極３は燃料ガス及び改質反応で
生じた水素と、改質触媒材であるニッケルと、酸化物イ
オン伝導体であるＹＳＺとが同時に接触する三相界面を
多くし、かつこの燃料電極３に放出される電子の伝導性
に優れた素材として多孔質のニッケルあるいはニッケル
合金、あるいはニッケルジルコニアサーメットが用いら
れている。
生じた水素と、改質触媒材であるニッケルと、酸化物イ
オン伝導体であるＹＳＺとが同時に接触する三相界面を
多くし、かつこの燃料電極３に放出される電子の伝導性
に優れた素材として多孔質のニッケルあるいはニッケル
合金、あるいはニッケルジルコニアサーメットが用いら
れている。
【０００９】そして従来、このような固体電解質型燃料
電池における燃料電極３の部分は、空気電極１と固体電
解質２とで形成されている基体の内部に燃料電極素材と
なるニッケル、 ニッケル合金あるいはニッケルジルコニ
アサーメットの粉末をスラリーコートし、焼成すること
によって成膜していた。
電池における燃料電極３の部分は、空気電極１と固体電
解質２とで形成されている基体の内部に燃料電極素材と
なるニッケル、 ニッケル合金あるいはニッケルジルコニ
アサーメットの粉末をスラリーコートし、焼成すること
によって成膜していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の固体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法では、
燃料電極３の組織構造が、図７に示すように焼成前には
微粒子として分散しているが（同図（ａ））、焼成後に
はニッケル粒子成分同士がくっつき合って巨大粒子に成
長していて（同図（ｂ））、三相界面の面積が小さくな
って優れた分極特性が得られない問題点があった。
従来の固体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法では、
燃料電極３の組織構造が、図７に示すように焼成前には
微粒子として分散しているが（同図（ａ））、焼成後に
はニッケル粒子成分同士がくっつき合って巨大粒子に成
長していて（同図（ｂ））、三相界面の面積が小さくな
って優れた分極特性が得られない問題点があった。
【００１１】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、高電子伝導性、高活性を有する固体電
解質型燃料電池の燃料電極、その成膜方法及びそれに用
いる燃料電極材料を提供することを目的とする。
なされたもので、高電子伝導性、高活性を有する固体電
解質型燃料電池の燃料電極、その成膜方法及びそれに用
いる燃料電極材料を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の固体電
解質型燃料電池の燃料電極は、ニッケル、ニッケル合
金、コバルト若しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、
混合伝導体粒子を子粒子として母粒子の表面に付着させ
た複合粒子を素材とするものである。
解質型燃料電池の燃料電極は、ニッケル、ニッケル合
金、コバルト若しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、
混合伝導体粒子を子粒子として母粒子の表面に付着させ
た複合粒子を素材とするものである。
【００１３】請求項２の発明の固体電解質型燃料電池の
燃料電極は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト若しく
はコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子を子
粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子と、
イットリア安定化ジルコニア単一粒子との混合物を素材
とするものである。
燃料電極は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト若しく
はコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子を子
粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子と、
イットリア安定化ジルコニア単一粒子との混合物を素材
とするものである。
【００１４】請求項３の発明は、請求項１または２の固
体電解質型燃料電池の燃料電極において、混合伝導体粒
子として、サマリア、ガドリアまたはイットリアをドー
プしたセリア粒子を用いたものである。
体電解質型燃料電池の燃料電極において、混合伝導体粒
子として、サマリア、ガドリアまたはイットリアをドー
プしたセリア粒子を用いたものである。
【００１５】この請求項１〜３の発明の固体電解質型燃
料電池の燃料電極では、ニッケル、ニッケル合金、コバ
ルト若しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導
体粒子を子粒子として母粒子の表面に付着させた複合粒
子またはこれとイットリア安定化ジルコニア単一粒子と
の混合物を素材としたので、この複合粒子の粉末材料を
基体の表面に塗布し、焼成することによって成膜された
燃料電極では、ニッケルまたはコバルト成分母粒子の表
面に混合伝導体が付着しているために母粒子同士が互い
にくっつき合って巨大粒子に成長することがなく、材料
粉末とほぼ等しい粒径の粒子のままにとどまっている組
織構造をなす。したがって三相界面が広く、またニッケ
ルまたはコバルト成分母粒子の表面の混合伝導体の子粒
子が高電子伝導性を有しているので電子伝導パスも確保
することができ、高電子伝導性、高活性を有する。
料電池の燃料電極では、ニッケル、ニッケル合金、コバ
ルト若しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導
体粒子を子粒子として母粒子の表面に付着させた複合粒
子またはこれとイットリア安定化ジルコニア単一粒子と
の混合物を素材としたので、この複合粒子の粉末材料を
基体の表面に塗布し、焼成することによって成膜された
燃料電極では、ニッケルまたはコバルト成分母粒子の表
面に混合伝導体が付着しているために母粒子同士が互い
にくっつき合って巨大粒子に成長することがなく、材料
粉末とほぼ等しい粒径の粒子のままにとどまっている組
織構造をなす。したがって三相界面が広く、またニッケ
ルまたはコバルト成分母粒子の表面の混合伝導体の子粒
子が高電子伝導性を有しているので電子伝導パスも確保
することができ、高電子伝導性、高活性を有する。
【００１６】請求項４の発明の固体電解質型燃料電池の
燃料電極成膜方法は、ニッケル、ニッケル合金、コバル
ト若しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体
粒子を子粒子として母粒子の表面に付着させた複合粒子
の粉末を基体表面に所定厚さに塗布し、焼成するもので
ある。
燃料電極成膜方法は、ニッケル、ニッケル合金、コバル
ト若しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体
粒子を子粒子として母粒子の表面に付着させた複合粒子
の粉末を基体表面に所定厚さに塗布し、焼成するもので
ある。
【００１７】請求項５の発明の固体電解質型燃料電池の
燃料電極成膜方法は、ニッケル、ニッケル合金、コバル
ト若しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体
粒子を子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合
粒子と、イットリア安定化ジルコニア単一粒子との混合
粉末を基体表面に所定厚さに塗布し、焼成するものであ
る。
燃料電極成膜方法は、ニッケル、ニッケル合金、コバル
ト若しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体
粒子を子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合
粒子と、イットリア安定化ジルコニア単一粒子との混合
粉末を基体表面に所定厚さに塗布し、焼成するものであ
る。
【００１８】請求項６の発明は、請求項４または５の固
体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法において、混合
伝導体粒子として、サマリア、ガドリアまたはイットリ
アをドープしたセリア粒子を用いたものである。
体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法において、混合
伝導体粒子として、サマリア、ガドリアまたはイットリ
アをドープしたセリア粒子を用いたものである。
【００１９】請求項４〜６の発明の固体電解質型燃料電
池の燃料電極成膜方法では、ニッケルまたはコバルト成
分母粒子の表面に混合伝導体が付着しているために母粒
子同士が互いにくっつき合って巨大粒子に成長すること
がなく、材料粉末とほぼ等しい粒径の粒子のままにとど
まっている組織構造をなす燃料電極を成膜することがで
き、高電子伝導性、高活性を有する燃料電極を成膜する
ことができる。
池の燃料電極成膜方法では、ニッケルまたはコバルト成
分母粒子の表面に混合伝導体が付着しているために母粒
子同士が互いにくっつき合って巨大粒子に成長すること
がなく、材料粉末とほぼ等しい粒径の粒子のままにとど
まっている組織構造をなす燃料電極を成膜することがで
き、高電子伝導性、高活性を有する燃料電極を成膜する
ことができる。
【００２０】請求項７の発明の固体電解質型燃料電池の
燃料電極材料は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト若
しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子
を子粒子として母粒子の表面に付着させた複合粒子の粉
末である。
燃料電極材料は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト若
しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子
を子粒子として母粒子の表面に付着させた複合粒子の粉
末である。
【００２１】請求項８の発明の固体電解質型燃料電池の
燃料電極材料は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト若
しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子
を子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子
と、イットリア安定化ジルコニア単一粒子との混合粉末
である。
燃料電極材料は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト若
しくはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子
を子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子
と、イットリア安定化ジルコニア単一粒子との混合粉末
である。
【００２２】請求項９の発明は、請求項７または８の固
体電解質型燃料電池の燃料電極材料において、混合伝導
体粒子として、サマリア、ガドリアまたはイットリアを
ドープしたセリア粒子を用いたものである。
体電解質型燃料電池の燃料電極材料において、混合伝導
体粒子として、サマリア、ガドリアまたはイットリアを
ドープしたセリア粒子を用いたものである。
【００２３】請求項７〜９の発明の固体電解質型燃料電
池の燃料電極材料では、この燃料電極粉末材料を基体表
面に所定厚さに塗布し、焼成することにより、高電子伝
導性、高活性を有する燃料電極を成膜することができ
る。
池の燃料電極材料では、この燃料電極粉末材料を基体表
面に所定厚さに塗布し、焼成することにより、高電子伝
導性、高活性を有する燃料電極を成膜することができ
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は、本発明の１つの実施の形態
の燃料電極材料であるニッケル・混合伝導体複合粒子１
１の構造を示しており、ニッケルまたは酸化ニッケルの
ようなニッケル合金、あるいはコバルトまたは酸化コバ
ルトのようなコバルト合金の粉末粒子を母粒子１２と
し、表面改質処理によってその表面にサマリアをドープ
したセリア（ＣｅＯ2 ）0.8 （ＳｍＯ1.5 ）0.2 、ガド
リアをドープしたセリア（ＣｅＯ2 ）0.8 （Ｇｄ
Ｏ1.5 ）0.2 またはイットリアをドープしたセリア（Ｃ
ｅＯ2 ）0.8 （ＹＯ1.5 ）0.2 のセラミックス粉末を子
粒子１３として付着させた構造である。
基づいて詳説する。図１は、本発明の１つの実施の形態
の燃料電極材料であるニッケル・混合伝導体複合粒子１
１の構造を示しており、ニッケルまたは酸化ニッケルの
ようなニッケル合金、あるいはコバルトまたは酸化コバ
ルトのようなコバルト合金の粉末粒子を母粒子１２と
し、表面改質処理によってその表面にサマリアをドープ
したセリア（ＣｅＯ2 ）0.8 （ＳｍＯ1.5 ）0.2 、ガド
リアをドープしたセリア（ＣｅＯ2 ）0.8 （Ｇｄ
Ｏ1.5 ）0.2 またはイットリアをドープしたセリア（Ｃ
ｅＯ2 ）0.8 （ＹＯ1.5 ）0.2 のセラミックス粉末を子
粒子１３として付着させた構造である。
【００２５】ニッケル母粒子１２は平均粒径が３〜１０
ミクロンであり、その表面に付着させる混合伝導体子粒
子１３の平均粒径もニッケル母粒子１２とほぼ同じか、
それよりも小さいものとする。
ミクロンであり、その表面に付着させる混合伝導体子粒
子１３の平均粒径もニッケル母粒子１２とほぼ同じか、
それよりも小さいものとする。
【００２６】この燃料電極材料の複合粒子１１の粉末の
製造には、ニッケル母粒子１２の粉末に対して高速気流
中衝撃法によって物理的に混合伝導体子粒子１３の粉末
を付着させる方法が採用される。そしてこのニッケル・
混合伝導体複合粒子１１におけるニッケル母粒子１２と
混合伝導体子粒子１３との存在比は、重量比にしてＮ
ｉ：混合伝導体＝８０：２０である。
製造には、ニッケル母粒子１２の粉末に対して高速気流
中衝撃法によって物理的に混合伝導体子粒子１３の粉末
を付着させる方法が採用される。そしてこのニッケル・
混合伝導体複合粒子１１におけるニッケル母粒子１２と
混合伝導体子粒子１３との存在比は、重量比にしてＮ
ｉ：混合伝導体＝８０：２０である。
【００２７】上記構造の燃料電極材料となる複合粒子１
１の粉末を用いて燃料電極を成膜するには、次の方法を
とる。つまり図２に示すように、複合粒子１１の粉末を
バインダとしてベンゼンのような芳香族炭化水素系溶
剤、ジフェニールエーテルのようなエーテル系溶剤と重
量比で１：３程度に混合してスラリーとし、これを平板
形燃料電池であれば空気電極１と固体電解質２との平板
基体の表面に、また円筒形燃料電池であれば空気電極１
と固体電解質２との円筒基体の内周面または外周面に所
定の厚さでコートし、乾燥させた後に約１４００℃の高
温で焼成し、５０〜１００ミクロン厚の燃料電極３を成
膜するのである。
１の粉末を用いて燃料電極を成膜するには、次の方法を
とる。つまり図２に示すように、複合粒子１１の粉末を
バインダとしてベンゼンのような芳香族炭化水素系溶
剤、ジフェニールエーテルのようなエーテル系溶剤と重
量比で１：３程度に混合してスラリーとし、これを平板
形燃料電池であれば空気電極１と固体電解質２との平板
基体の表面に、また円筒形燃料電池であれば空気電極１
と固体電解質２との円筒基体の内周面または外周面に所
定の厚さでコートし、乾燥させた後に約１４００℃の高
温で焼成し、５０〜１００ミクロン厚の燃料電極３を成
膜するのである。
【００２８】このようにして燃料電極３を成膜した燃料
電池では、燃料電極３が図３に示すようにして燃料改
質、電子伝導作用を果たす。すなわち、混合伝導体の子
粒子１３は電子ｅ- に対しても酸化物イオンＯ2-に対
しても高い伝導性を示すので、固体電解質２のＹＳＺと
ニッケルＮｉと燃料ガスとの接触点だけでなく、混合伝
導体子粒子１３とニッケル母粒子１２と燃料ガスとの接
触点も三相界面となり、三相界面のトータル面積が広く
なり、かつ混合伝導体粒子表面でも三相界面で起こる反
応が行われるので改質反応を活性化することができる。
その上、燃料電極３の焼成に際して、複合粒子１１にお
いて融点の低いニッケル母粒子１２が高融点のセラミッ
クスである子粒子１２に覆われているために、従来のよ
うに隣接するニッケル粒子同士がくっつき合って融合
し、反応場の減少に起因する分極が増加するということ
がなく、この点でも三相界面のトータル面積を維持する
ことができ、改質反応を低下させることがない。
電池では、燃料電極３が図３に示すようにして燃料改
質、電子伝導作用を果たす。すなわち、混合伝導体の子
粒子１３は電子ｅ- に対しても酸化物イオンＯ2-に対
しても高い伝導性を示すので、固体電解質２のＹＳＺと
ニッケルＮｉと燃料ガスとの接触点だけでなく、混合伝
導体子粒子１３とニッケル母粒子１２と燃料ガスとの接
触点も三相界面となり、三相界面のトータル面積が広く
なり、かつ混合伝導体粒子表面でも三相界面で起こる反
応が行われるので改質反応を活性化することができる。
その上、燃料電極３の焼成に際して、複合粒子１１にお
いて融点の低いニッケル母粒子１２が高融点のセラミッ
クスである子粒子１２に覆われているために、従来のよ
うに隣接するニッケル粒子同士がくっつき合って融合
し、反応場の減少に起因する分極が増加するということ
がなく、この点でも三相界面のトータル面積を維持する
ことができ、改質反応を低下させることがない。
【００２９】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。第１の実施の形態ではニッケル等の母粒子１
２に混合伝導体子粒子１３を付着させて表面改質した複
合粒子１１を単独に用いて燃料電極３を成膜したが、第
２の実施の形態は図４に示すように第１の実施の形態と
同様の複合粒子１１の粉末とイットリア安定化ジルコニ
ア（ＹＳＺ）の単一粒子１５の粉末とを適宜に混合した
混合粉末を燃料電極材料とし、これを第１の実施の形態
と同様の方法で固体電解質２の表面に成膜することを特
徴とする。混合粉末の配合比は、ニッケル母粒子：ＹＳ
Ｚ子粒子＝１〜９：９〜１の範囲で任意に調整すること
ができる。
説明する。第１の実施の形態ではニッケル等の母粒子１
２に混合伝導体子粒子１３を付着させて表面改質した複
合粒子１１を単独に用いて燃料電極３を成膜したが、第
２の実施の形態は図４に示すように第１の実施の形態と
同様の複合粒子１１の粉末とイットリア安定化ジルコニ
ア（ＹＳＺ）の単一粒子１５の粉末とを適宜に混合した
混合粉末を燃料電極材料とし、これを第１の実施の形態
と同様の方法で固体電解質２の表面に成膜することを特
徴とする。混合粉末の配合比は、ニッケル母粒子：ＹＳ
Ｚ子粒子＝１〜９：９〜１の範囲で任意に調整すること
ができる。
【００３０】
【実施例】次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３１】＜実施例１＞平均粒径５ミクロンの酸化ニ
ッケル粉末に表面改質処理材として平均粒径０．５ミク
ロンのサマリアをドープしたセリアの粉末を重量比にし
て８０：２０で添加して、高速気流中衝撃法によって燃
料電極用複合粒子粉末を得た。
ッケル粉末に表面改質処理材として平均粒径０．５ミク
ロンのサマリアをドープしたセリアの粉末を重量比にし
て８０：２０で添加して、高速気流中衝撃法によって燃
料電極用複合粒子粉末を得た。
【００３２】そしてこの複合粒子粉末に、バインダを重
量比で１：２程度に混合してスラリーとし、空気電極と
固体電解質との円筒基体（外径１２ｍｍ）に約５０ミク
ロンの厚さでコートし、乾燥させた後に１４００℃の高
温で１２時間焼成し、約５０ミクロン厚の燃料電極を成
膜した。
量比で１：２程度に混合してスラリーとし、空気電極と
固体電解質との円筒基体（外径１２ｍｍ）に約５０ミク
ロンの厚さでコートし、乾燥させた後に１４００℃の高
温で１２時間焼成し、約５０ミクロン厚の燃料電極を成
膜した。
【００３３】このようにして燃料電極を成膜した燃料電
池基体における燃料電極の組織構造を観察したが、図２
に示すようにニッケル母粒子１２が隣接する母粒子とく
っつき合うことがなく、個々の母粒子１２が混合伝導体
子粒子１３によって表面を覆われた構造であった。
池基体における燃料電極の組織構造を観察したが、図２
に示すようにニッケル母粒子１２が隣接する母粒子とく
っつき合うことがなく、個々の母粒子１２が混合伝導体
子粒子１３によって表面を覆われた構造であった。
【００３４】そしてこの燃料電池基体を用いて組み立て
た円筒固体電解質型燃料電池の発電特性を調べたとこ
ろ、従来の燃料電極のニッケル粒子が大粒子化したもの
と比べて寿命特性の点で優れていた。
た円筒固体電解質型燃料電池の発電特性を調べたとこ
ろ、従来の燃料電極のニッケル粒子が大粒子化したもの
と比べて寿命特性の点で優れていた。
【００３５】＜実施例２＞実施例１と同じ燃料電極材料
粉末を用いて、空気電極と固体電解質との平板形基体
（厚さ６００ミクロン）に約６０ミクロンの厚さでスラ
リーコートし、乾燥させた後に１４００℃の高温で１２
時間焼成し、約５０ミクロン厚の燃料電極を成膜して平
板形燃料電池基体を得た。
粉末を用いて、空気電極と固体電解質との平板形基体
（厚さ６００ミクロン）に約６０ミクロンの厚さでスラ
リーコートし、乾燥させた後に１４００℃の高温で１２
時間焼成し、約５０ミクロン厚の燃料電極を成膜して平
板形燃料電池基体を得た。
【００３６】燃料電極の組織構造を観察したが、実施例
１と同様にニッケル母粒子が隣接する母粒子とくっつき
合うことがなく、個々の母粒子が混合伝導体子粒子によ
って表面を覆われた構造であった。
１と同様にニッケル母粒子が隣接する母粒子とくっつき
合うことがなく、個々の母粒子が混合伝導体子粒子によ
って表面を覆われた構造であった。
【００３７】そしてこの平板形燃料電池基体を用いて組
み立てた平板形固体電解質型燃料電池の発電特性を調べ
たところ、従来の燃料電極のニッケル粒子が大粒子化し
たものと比べて寿命性能の点で優れていた。
み立てた平板形固体電解質型燃料電池の発電特性を調べ
たところ、従来の燃料電極のニッケル粒子が大粒子化し
たものと比べて寿命性能の点で優れていた。
【００３８】＜実施例３＞実施例１と同じ複合粒子の粉
末と平均粒径５ミクロンのＹＳＺ単一粒子の粉末とを
１：１の配合比で混合した粉末に、バインダを重量比で
１：２程度に混合してスラリーとし、空気電極と固体電
解質との円筒基体（外径１２ｍｍ）に約５０ミクロンの
厚さでコートし、乾燥させた後に１４００℃の高温で１
２時間焼成し、約５０ミクロン厚の燃料電極を成膜し
た。
末と平均粒径５ミクロンのＹＳＺ単一粒子の粉末とを
１：１の配合比で混合した粉末に、バインダを重量比で
１：２程度に混合してスラリーとし、空気電極と固体電
解質との円筒基体（外径１２ｍｍ）に約５０ミクロンの
厚さでコートし、乾燥させた後に１４００℃の高温で１
２時間焼成し、約５０ミクロン厚の燃料電極を成膜し
た。
【００３９】このようにして燃料電極を成膜した燃料電
池基体における燃料電極の組織構造を観察したが、図５
に示すようにニッケル複合粒子１１とＹＳＺ粒子１５と
がよく分散し、またニッケル粒子１２が隣接する母粒子
とくっつき合うことがなく、個々のニッケル粒子１２が
混合伝導体子粒子１３によって表面を覆われた構造であ
った。
池基体における燃料電極の組織構造を観察したが、図５
に示すようにニッケル複合粒子１１とＹＳＺ粒子１５と
がよく分散し、またニッケル粒子１２が隣接する母粒子
とくっつき合うことがなく、個々のニッケル粒子１２が
混合伝導体子粒子１３によって表面を覆われた構造であ
った。
【００４０】またこの燃料電池基体を用いて組み立てた
円筒固体電解質型燃料電池の発電特性は、従来の燃料電
極のニッケル粒子が大粒子化したものと比べて寿命特性
の点で優れていた。
円筒固体電解質型燃料電池の発電特性は、従来の燃料電
極のニッケル粒子が大粒子化したものと比べて寿命特性
の点で優れていた。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、請求項１〜３の発明の固
体電解質型燃料電池の燃料電極によれば、ニッケル、ニ
ッケル合金、コバルト若しくはコバルト合金粒子を母粒
子とし、混合伝導体粒子を子粒子として母粒子の表面に
付着させた複合粒子、またはこの複合粒子とＹＳＺ単一
粒子との混合物を素材としたので、この複合粒子または
混合物の粉末材料を基体の表面に塗布し、焼成すること
によって成膜された燃料電極では、ニッケルまたはコバ
ルト成分の母粒子の表面に混合伝導体が付着しているた
めに母粒子同士が互いにくっつき合って巨大粒子に成長
することがなく、材料粉末とほぼ等しい粒径の粒子のま
まにとどまっている組織構造となり、三相界面が広く、
またニッケルまたはコバルト成分の母粒子の表面に付着
している混合伝導体の子粒子が高電子伝導性を有してい
るので電子伝導パスも確保することができ、高電子伝導
性、高活性を有する。
体電解質型燃料電池の燃料電極によれば、ニッケル、ニ
ッケル合金、コバルト若しくはコバルト合金粒子を母粒
子とし、混合伝導体粒子を子粒子として母粒子の表面に
付着させた複合粒子、またはこの複合粒子とＹＳＺ単一
粒子との混合物を素材としたので、この複合粒子または
混合物の粉末材料を基体の表面に塗布し、焼成すること
によって成膜された燃料電極では、ニッケルまたはコバ
ルト成分の母粒子の表面に混合伝導体が付着しているた
めに母粒子同士が互いにくっつき合って巨大粒子に成長
することがなく、材料粉末とほぼ等しい粒径の粒子のま
まにとどまっている組織構造となり、三相界面が広く、
またニッケルまたはコバルト成分の母粒子の表面に付着
している混合伝導体の子粒子が高電子伝導性を有してい
るので電子伝導パスも確保することができ、高電子伝導
性、高活性を有する。
【００４２】請求項４〜６の発明の固体電解質型燃料電
池の燃料電極成膜方法によれば、ニッケルまたはコバル
ト成分母粒子の表面に混合伝導体が付着しているために
母粒子同士が互いにくっつき合って巨大粒子に成長する
ことがなく、材料粉末とほぼ等しい粒径の粒子のままに
とどまっている組織構造をなす燃料電極を成膜すること
ができ、高電子伝導性、高活性を維持する燃料電極を成
膜することができる。
池の燃料電極成膜方法によれば、ニッケルまたはコバル
ト成分母粒子の表面に混合伝導体が付着しているために
母粒子同士が互いにくっつき合って巨大粒子に成長する
ことがなく、材料粉末とほぼ等しい粒径の粒子のままに
とどまっている組織構造をなす燃料電極を成膜すること
ができ、高電子伝導性、高活性を維持する燃料電極を成
膜することができる。
【００４３】請求項７〜９の発明の固体電解質型燃料電
池の燃料電極材料によれば、この燃料電極粉末材料を基
体表面に所定厚さに塗布し、焼成することにより、高電
子伝導性、高活性を有する燃料電極を成膜することがで
きる。
池の燃料電極材料によれば、この燃料電極粉末材料を基
体表面に所定厚さに塗布し、焼成することにより、高電
子伝導性、高活性を有する燃料電極を成膜することがで
きる。
【図１】本発明の１つの実施の形態の燃料電極材料の構
造を示す断面図。
造を示す断面図。
【図２】本発明の１つの実施の形態の燃料電極の成膜状
態を示す断面図。
態を示す断面図。
【図３】本発明の１つの実施の形態の燃料電極の作用を
示す断面図。
示す断面図。
【図４】本発明の他の実施の形態の燃料電極材料の構造
を示す断面図。
を示す断面図。
【図５】本発明の他の実施の形態の燃料電極の成膜状態
を示す断面図。
を示す断面図。
【図６】一般的な円筒固体電解質型燃料電池の断面図。
【図７】従来例の燃料電極の成膜方法を示す断面図。
２ 固体電解質 ３ 燃料電極 １１ 複合粒子 １２ 母粒子 １３ 子粒子 １５ ＹＳＺ単一粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩澤 力 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内 (72)発明者 兼田 波子 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内
Claims (9)
- 【請求項１】 ニッケル、ニッケル合金、コバルト若し
くはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子を
子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子を
素材とする固体電解質型燃料電池の燃料電極。 - 【請求項２】 ニッケル、ニッケル合金、コバルト若し
くはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子を
子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子
と、イットリア安定化ジルコニア単一粒子との混合物を
素材とする固体電解質型燃料電池の燃料電極。 - 【請求項３】 前記混合伝導体粒子は、サマリア、ガド
リアまたはイットリアをドープしたセリア粒子であるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の固体電解質型
燃料電池の燃料電極。 - 【請求項４】 ニッケル、ニッケル合金、コバルト若し
くはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子を
子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子の
粉末を基体表面に所定厚さに塗布し、焼成することを特
徴とする固体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法。 - 【請求項５】 ニッケル、ニッケル合金、コバルト若し
くはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子を
子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子
と、イットリア安定化ジルコニア単一粒子との混合粉末
を基体表面に所定厚さに塗布し、焼成することを特徴と
する固体電解質型燃料電池の燃料電極成膜方法。 - 【請求項６】 前記混合伝導体粒子は、サマリア、ガド
リアまたはイットリアをドープしたセリア粒子であるこ
とを特徴とする請求項４または５に記載の固体電解質型
燃料電池の燃料電極成膜方法。 - 【請求項７】 ニッケル、ニッケル合金、コバルト若し
くはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子を
子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子の
粉末で成る固体電解質型燃料電池の燃料電極材料。 - 【請求項８】 ニッケル、ニッケル合金、コバルト若し
くはコバルト合金粒子を母粒子とし、混合伝導体粒子を
子粒子として前記母粒子の表面に付着させた複合粒子
と、イットリア安定化ジルコニア単一粒子との混合粉末
で成る固体電解質型燃料電池の燃料電極材料。 - 【請求項９】 前記混合伝導体粒子は、サマリア、ガド
リアまたはイットリアをドープしたセリア粒子であるこ
とを特徴とする請求項７または８に記載の固体電解質型
燃料電池の燃料電極材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9206400A JPH1154131A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極、その成膜方法及びそれに用いる燃料電極材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9206400A JPH1154131A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極、その成膜方法及びそれに用いる燃料電極材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1154131A true JPH1154131A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16522738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9206400A Pending JPH1154131A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極、その成膜方法及びそれに用いる燃料電極材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1154131A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004327278A (ja) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用電極材料及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池 |
| JP2006310038A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Nissan Motor Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電極及びその製造方法 |
| JP2006318767A (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-24 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 電極材料及び燃料電池 |
| JP2007524188A (ja) * | 2003-12-24 | 2007-08-23 | ピレリ・アンド・チ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ | 固体酸化物燃料電池 |
-
1997
- 1997-07-31 JP JP9206400A patent/JPH1154131A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004327278A (ja) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用電極材料及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池 |
| JP2007524188A (ja) * | 2003-12-24 | 2007-08-23 | ピレリ・アンド・チ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ | 固体酸化物燃料電池 |
| JP2007524187A (ja) * | 2003-12-24 | 2007-08-23 | ピレリ・アンド・チ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ | 固体酸化物燃料電池 |
| JP4709651B2 (ja) * | 2003-12-24 | 2011-06-22 | ピレリ・アンド・チ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ | 固体酸化物燃料電池 |
| JP4709652B2 (ja) * | 2003-12-24 | 2011-06-22 | ピレリ・アンド・チ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ | 固体酸化物燃料電池 |
| JP2006310038A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Nissan Motor Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電極及びその製造方法 |
| JP2006318767A (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-24 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 電極材料及び燃料電池 |
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