WO2013061841A1 - 多孔質集電体、その製造方法及び多孔質集電体を用いた燃料電池 - Google Patents
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Abstract
Description
1/2O2+2e-→O2-
の反応が生じている。
H2+O2-→H2O+2e-
の反応が生じている。
例えば、Ni層を無電解ニッケルめっきで形成した後、還元剤として次亜リン酸系材料を用いることにより、リン成分を添加することができる。これにより、耐電解性、耐蝕性がさらに向上する。なお、リンの配合量が多くなると耐熱性が低下するため、リンの配合量は10重量%以下に設定される。
たとえば、Ni粉末及びSn粉末を含むコーティング層、あるいはNi-Sn合金粉末で、前記多孔質基材の表面をコーティングした後に、焼成することにより設けることができる。また、本発明の他の実施形態において、前記Ni-Sn合金層を、Ni層の上にSn層を積層した後、加熱することによりNi層とSn層とを拡散させることにより形成することができる。また、Ni-Cr合金からなる多孔質基材を採用し、この表面にSn層を積層した後、加熱することによりNi層とSn層とを拡散させることにより、Ni-Sn合金層を形成することができる。
これにより、高温作動させる場合の強度を確保できる。
(アノード反応):H2+O2-→H2O+2e-
前記酸素イオンは、第2の電極層(カソード電極)105において生成されて、前記固体電解質層101内を前記第1の電極層(アノード電極)102に向けて移動させられる。前記H2Oは、排気ガスとしてガス流出口108から排出される。
(カソード反応):1/2O2+2e-→ O2-
前記O2-は、上述したように固体電解質層101中をアノード電極層102に移動させられる。
前記固体電解質層101として、YSZ(イットリウム安定化ジルコニア)、SSZ(スカンジウム安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)等の酸素イオン導電性の固定電解質を採用することができる。また、BYZ(イットリウムドープジルコニウム酸バリウム)のプロトン導電性の電解質を用いて燃料電池を構成することもできる。
本実施形態に係る第1の電極層(アノード電極)102は、表面に酸化層を有し、触媒として機能する金属粒連鎖体と、酸素イオン導電性のセラミックスとを含む焼結体から形成することができる。たとえば、前記固体電解質層101と同様に、YSZ(イットリウム安定化ジルコニア)、SSZ(スカンジウム安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)等を採用することができる。金属粒連鎖体の金属として、Niを含むものを採用するのが好ましい。また、Ni-Co,Co-Fe,Ni-Ru,Ni-W等を含むものを採用することもできる。
前記第2の電極層105(カソード電極)として、前記第1の電極層102(アノード電極)を構成する材料と同様に、酸素イオン導電性を有するセラミックス焼結体を用いて形成することができる。また、酸素の分解反応を促進するため、銀等の触媒を添加することもできる。また、前記第1の電極層102と同様に、金属粒連鎖体を配合することができる。前記第2の電極層105(カソード電極)も、前記第1の電極層102(アノード電極)と同様の手法により形成することができる。
1b 連続気孔
10a 外殻部(Ni-Sn合金層)
100 燃料電池
101 固体電解質層
102 第1の電極層(アノード)
105 第2の電極層(カソード)
112a シート状多孔質集電体(多孔質集電体)
Claims (8)
- 固体電解質層と、この固体電解質層の一側に設けられる第1の電極層と、他側に設けられる第2の電極層とを備えて構成される燃料電池において用いられる多孔質集電体であって、
連続気孔を有するとともに、少なくとも表面がNi-Sn合金層で覆われた、多孔質集電体。 - 前記Ni-Sn合金層におけるSnの配合割合が、5~30重量%である請求項1に記載の多孔質集電体。
- 前記Ni-Sn合金層は、Ni層の上にSn層を積層した後、加熱することによりNi層とSn層とを拡散させることにより形成されている、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の多孔質集電体。
- 50%~98%の気孔率を備えるとともに、大気雰囲気中で600℃以上に加熱した後、常温において30Kgf/cm2の荷重を作用させた場合の厚みの変化量が、30%未満となるように設定された、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の多孔質集電体。
- 600℃以上の高温酸化性の雰囲気中で、前記合金層の表面に少なくとも10nmの厚みを有するとともに、導電性を有するSn酸化皮膜が形成されている、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の多孔質集電体。
- 前記多孔質集電体は、少なくとも表面に前記Ni-Sn合金層を備える外殻部と、中空又は/及び導電性材料からなる芯部とを有する骨格とを備え、
前記骨格が、一体的に連続する3次元網目構造を構成している、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の多孔質集電体。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の多孔質集電体を備える燃料電池。
- 少なくとも表面にNi-Sn合金層を備えるとともに、前記Ni-Sn合金層におけるSnの配合割合が5~30重量%である多孔質集電体の製造方法であって、
多孔質基材にNiめっき層を形成するNiめっき層形成工程と、
前記Niめっき層にSnめっき層を形成するSnめっき層形成工程と、
少なくとも酸素が存在する雰囲気中で前記多孔質基材を消失させる基材消失工程と、
還元性雰囲気中で300℃~1100℃の温度を作用させて、前記Niめっき層と前記Snめっき層とを拡散させる拡散工程とを含む、多孔質集電体の製造方法。
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