WO2017014069A1 - 燃料電池用電解質層-アノード複合部材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年7月17日出願の日本出願第2015-143012号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
[本開示の効果]
[発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本発明の電解質層-アノード複合部材は、イオン伝導性を有する金属酸化物M1を含む固体電解質層と、イオン伝導性を有する金属酸化物M2および酸化ニッケルを含む第1アノード層と、前記固体電解質層と前記第1アノード層との間に介在し、イオン伝導性を有する金属酸化物M3および酸化ニッケルを含む第2アノード層と、を備える。このとき、前記第1アノード層における前記酸化ニッケルの体積基準の含有率Cn1と、前記第2アノード層における前記酸化ニッケルの体積基準の含有率Cn2とは、Cn1<Cn2の関係を満たす。これにより、複合部材を燃料電池に組み込んだ場合の発電性能の低下を抑制しながら、複合部材を作製および還元処理する際の反りを抑制することができる。
これにより、燃料電池に組み込まれた場合に、電解質-アノード複合部材としての機能が発揮される。
このとき、前記第1アノード層における前記酸化ニッケルの体積基準の含有率Cn1と、前記第2アノード層における前記酸化ニッケルの体積基準の含有率Cn2とは、Cn1<Cn2の関係を満たす。この方法により、反りが抑制された電解質層-アノード複合部材を、効率よく製造することができる。
本発明の実施形態を具体的に以下に説明する。なお、本発明は、以下の内容に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
つまり、アノードには、それぞれの粉末同士の焼結により、各粉末を含む骨格がそれぞれ形成されている。NiOの含有率が小さい場合、還元処理を行っても、NiOを含む骨格の収縮量は小さい。また、相対的な含有率の大きい金属酸化物粉末を含む骨格は、強固に形成されている。そのため、金属酸化物を含む骨格の形状は維持され易い。つまり、NiOからNiへの還元により空隙は形成されるものの、アノードの見かけの体積はほとんど減少しない。
ケース1(図1A参照)の場合、基準となる層は、十分な厚みを有する第1アノード層1aである。すなわち、各層のモーメントは、
Me=K(Ze-Zc)(αe―αa)
Ma=K(Za-Zc)(αa-αa)=0
Mb=K(Zb-Zc)(αb-αa)
と表わされる。ここで、Zbは第2アノード層1bの厚さT2の中心点の座標、αbは第2アノード層1bの線膨張係数を示す。
ケース2(図1B参照)の場合、基準となる層は、第1アノード層1aおよび第2アノード層1bの両層である。そのため、基準となる層の線膨張係数として、第1アノード層および第2アノード層の厚さを考慮した加重平均の熱膨張係数(=αav)を用いる。この場合、各層のモーメントは、
Me=K(Ze-Zc)(αe―αav)
Ma=K(Za-Zc)(αa-αav)
Mb=K(Zb-Zc)(αb-αav)
と表わされる。よって、モーメントM=(Me+Ma+Mb)であり、反り変化指標iは(Me+Ma+Mb)/M0で表わされる。
ケース3(図1C参照)の場合、基準となる層は、十分な厚みを有する第2アノード層1bである。すなわち、各層のモーメントは、
Me=K(Ze-Zc)(αe―αb)
Ma=K(Za-Zc)(αa-αb)
Mb=K(Zb-Zc)(αb-αb)=0
と表わされる。よって、モーメントM=(Me+Ma)であり、反り変化指標iは(Me+Ma)/M0で表わされる。
以下、複合部材の一実施形態について、図1A~1Cを参照しながら説明する。図1A~1Cは、それぞれ異なる実施形態に係る電解質層-アノード複合部材を模式的に示す断面図である。
固体電解質層2は、イオン伝導性を有する金属酸化物M1を含む。金属酸化物M1がプロトン伝導性を有する場合、固体電解質層2は、アノード1で生成されたプロトンをカソード3(図2参照)へと移動させる。金属酸化物M1が酸素イオン伝導性を有する場合、固体電解質層2は、カソード3で生成された酸素イオンをアノード1へと移動させる。
金属酸化物M1としては、例えば、燃料電池の固体電解質として用いられる公知の材料を用いることができる。なかでも、プロトン伝導性を有する金属酸化物M1として、A1B1O3で表わされるペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物(以下、ペロブスカイト型酸化物P1)が好ましく例示される。A1B1O3には、A1B1O3-δ(δは酸素欠損量)の結晶構造も含む。ペロブスカイト型の結晶構造とは、CaTiO3に類似の結晶構造である。なお、A1サイトには、B1サイトよりイオン半径の大きな元素が入る。また、酸素イオン伝導性を有する金属酸化物M1として、二酸化ジルコニウムを含む化合物Z1が好ましく例示される。
化合物Z1としては、酸素イオン伝導性とコストの点で、イットリア安定化ジルコニア(ZrO2-Y2O3、YSZ)が好ましく例示できる。
アノード1は、少なくとも第1アノード層1aおよび第2アノード層1bを備える。第1アノード層1aおよび第2アノード層1bはいずれも、イオン伝導性を有する金属酸化物(M2またはM3)およびNiOを含む。第1アノード層1aにおけるNiOの含有率Cn1と、第2アノード層1bにおけるNiOの含有率Cn2とは、Cn1<Cn2を満たす。なお、各NiOの含有率Cnは、上記のように求められる。
第1アノード層1aに含まれる金属酸化物M2は、イオン伝導性を有する。このような金属酸化物M2としては、例えば、金属酸化物M1で例示したものと同様の金属酸化物が例示される。具体的には、金属酸化物M2として、A2B2O3で表わされるペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物(以下、ペロブスカイト型酸化物P2)、および、二酸化ジルコニウムを含む化合物Z2が好ましく例示される。A2B2O3には、A2B2O3-δ(δは酸素欠損量)の結晶構造も含む。A2サイトには、B2サイトよりイオン半径の大きな元素が入る。
第2アノード層1bに含まれる金属酸化物M3もまた、イオン伝導性を有する。このような金属酸化物M3としては、金属酸化物M1およびM2と同様の化合物が例示できる。
具体的には、金属酸化物M3としては、A3B3O3で表わされるペロブスカイト型の結晶構造を有する化合物(以下、ペロブスカイト型酸化物P3)、および、二酸化ジルコニウムを含む化合物Z3が好ましく例示される。A3B3O3には、A3B3O3-δ(δは酸素欠損量)の結晶構造も含む。A3サイトには、B3サイトよりイオン半径の大きな元素が入る。
電解質層-アノード複合部材は、例えば、イオン伝導性を有する金属酸化物M1を含む固体電解質層用材料と、イオン伝導性を有する金属酸化物M2およびニッケル化合物N1を含むアノード用材料Aと、イオン伝導性を有する金属酸化物M3およびニッケル化合物N2を含むアノード用材料Bと、を準備する第1工程と、アノード用材料Aを含む第1アノード層の前駆体層、アノード用材料Bを含む第2アノード層の前駆体層および固体電解質層用材料を含む固体電解質層の前駆体層が、この順で積層された積層体を形成する第2工程と、積層体を焼成して、第1アノード層、第2アノード層および固体電解質層を形成する第3工程と、を含む方法により製造される。第3工程において、ニッケル化合物N1およびニッケル化合物N2(NiOを除く)は酸化され、NiOを生じる。このとき、得られる第1アノード層に含まれるNiOの体積基準の含有率Cn1と、第2アノード層に含まれるNiOの体積基準の含有率Cn2とは、Cn1<Cn2の関係を満たす。以下、各工程について詳細に説明する。
第1工程では、固体電解質用材料と、アノード用材料Aと、アノード用材料Bとを準備する。固体電解質用材料は、固体電解質層2を形成するための材料であって、イオン伝導性を有する金属酸化物M1を含む。アノード用材料Aは、第1アノード層1aを形成するための材料であって、イオン伝導性を有する金属酸化物M2およびニッケル化合物N1を含む。アノード用材料Bは、第2アノード層1bを形成するための材料であって、イオン伝導性を有する金属酸化物M3およびニッケル化合物N2を含む。
ニッケル化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
ニッケル化合物N1およびN2は、同じであっても良いし、異なっていても良い。
第2工程では、アノード用材料Aを含む第1アノード層1aの前駆体層、アノード用材料Bを含む第2アノード層1bの前駆体層および固体電解質層用材料を含む固体電解質層2の前駆体層が、この順で積層された積層体を形成する。
第3工程では、得られた積層体を焼成する。焼成は、得られた積層体を、酸素含有雰囲気下で、例えば1200~1700℃に加熱することにより行われる。焼成の雰囲気中の酸素含有量は、特に限定されない。焼成は、例えば大気雰囲気(酸素含有率:約20体積%)で行っても良いし、純酸素(酸素含有率:100体積%)中で行っても良い。焼成は、常圧下または加圧下で行うことができる。
さらに、形成された第1アノード層1aに含まれるNiOおよび第2アノード層1bに含まれるNiOの少なくとも一部を還元する還元処理(第4工程)を行っても良い。還元処理は、複合部材10を、還元性ガス雰囲気下で、通常、500~800℃に加熱することにより行われる。還元処理は、常圧下または加圧下で行うことができる。還元性ガスとしては、水素が代表的である。複合部材10が、酸素イオン伝導性を有する金属酸化物を含む場合、還元性ガスとして、水素のほかに、例えば、メタン、プロパン等の炭化水素を用いても良い。還元処理は、複合部材10を燃料電池20に組み込む前に行っても良いし、組み込んだ後に行っても良い。
図2に燃料電池20の構造の断面を、模式的に示す。
燃料電池20は、上記複合部材10(10A)およびカソード3を備えるセル、カソード3に酸化剤を供給するための酸化剤流路33、および、アノードに燃料を供給するための燃料流路13を有する。図示例では、複合部材として図1Aに示す複合部材10Aを用いているが、これに限定されない。
下記の手順で複合部材を作製した。
(1)各材料の準備
金属酸化物として、BaCeO3とY2O3との固溶体であり、ペロブスカイト型の結晶構造を持つBCY粉末を準備した。BCY中のCeとYとの比率(原子組成比)は80:20であり、BCY粉末の化学式はBaCe0.8Y0.2O2.9と推定された。
アノード用材料Bとして、上記BCY粉末に、NiO(触媒原料)を70体積%含むように混合し、ボールミルによって粉砕混練して得られた混合物(70体積%)と、バインダ(セルロース樹脂、30体積%)とを含むペーストBを準備した。
固体電解質用材料として、上記BCY粉末(35体積%)と、有機溶媒(ブチルカルビトールアセテート、40体積%)と、バインダ(セルロース樹脂、25体積%)とを含むペーストCを準備した。
混合粉末Aを用い、一軸プレス成形によって、直径140mm、厚み0.8mmの円形シート状成形体を得た。
(3)第2アノード層の前駆体層の形成
形成された成形体の片面に、ペーストBをスクリーン印刷によって塗布した。塗布厚は、約15μmであった。
塗布されたペーストBの表面に、ペーストCをスクリーン印刷によって塗布して、積層体を得た。塗布厚は、約15μmであった。
次いで、得られた積層体を、大気中600℃で1時間加熱して、バインダおよび有機溶媒を除去した。続いて、酸素雰囲気下、1350℃で2時間の焼成を行い、複合部材Aを得た。複合部材Aの構成を表1に示す。得られた複合部材Aにクラック等の破損は見られなかった。複合部材Aの体積は、積層体に対して約21%収縮していた。
続いて、複合部材Aを、水素雰囲気下、600℃で10時間加熱して、NiOをNiに還元した。還元処理後の第2アノード層におけるNi含有率は約37体積%であり、同じく第1アノード層におけるNi含有率は約32体積%であった。
焼結後および還元処理後の反り量と、還元処理後の外径変化量を測定した。反り量は、複合部材Aを、水平面に複合部材の凸部が上になるようにして載置し、水平面と凸部の最も高い地点との最短距離として求めた。外径変化は、上記の状態で、複合部材Aを水平面の法線方向から見た場合の直径を求め、これと、焼結前の複合部材(積層体)の直径とを比較した。結果を表2に示す。
発電性能を評価するため、複合部材の外径が25mmになるようにしたこと以外は、複合部材Aと同じ構成を有する複合部材を作成し、この還元処理前の複合部材を用いてセルを作製した。セルは、複合部材の固体電解質層の表面に、カソードの材料であるLSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ)の粉末と上記有機溶媒とを混合したLSCFペーストをスクリーン印刷し、続いて、1000℃で2時間の焼成を行うことにより作製した。カソードの厚みは10μmであった。
動作温度を600℃として、作製された燃料電池Aのアノードに燃料ガスとして水素を100cm3/分で流し、カソードに空気を300cm3/分で流した時の最大の出力密度を求めた。なお、還元処理はこの工程で実行された。結果を表2に示す。
第1アノード層におけるNiOの含有率を50体積%にしたこと以外は、実施例1と同様にして、複合部材Bおよび燃料電池Bを作製し、評価した。結果を表2に示す。還元処理後の第1アノード層におけるNi含有率は約27体積%であった
第2アノード層の厚みを30μmにしたこと以外は、実施例2と同様にして、複合部材Cおよび燃料電池Cを作製し、評価した。結果を表2に示す。
第1アノード層におけるNiOの含有率を70体積%にし、第2アノード層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、複合部材aおよび燃料電池aを作製し、評価した。結果を表2に示す。
第2アノード層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、複合部材bおよび燃料電池bを作製し、評価した。結果を表2に示す。
第2アノード層を形成しなかったこと以外は、実施例2と同様にして、複合部材cおよび燃料電池cを作製し、評価した。結果を表2に示す。
第1アノード層におけるNiOの含有率を70体積%にし、第2アノード層におけるNiOの含有率を50体積%にしたこと以外は、実施例1と同様にして、複合部材dおよび燃料電池dを作製し、評価した。結果を表2に示す。
金属酸化物の種類、各アノード層のNiO含有率および厚み、焼成温度を変えたこと以外は、実施例1と同様にして、複合部材Dおよび燃料電池Dを作製し、評価した。複合部材Dの構成を表3に示し、結果を表4に示す。
第2アノード層におけるNiOの含有率を60体積%にしたこと以外は、実施例4と同様にして、複合部材Eおよび燃料電池Eを作製し、評価した。結果を表4に示す。
第2アノード層におけるNiOの含有率を70体積%にし、第1アノード層を形成しなかったこと以外は、実施例4と同様にして、複合部材eおよび燃料電池eを作製し、評価した。結果を表4に示す。
第1アノード層を形成しなかったこと以外は、実施例5と同様にして、複合部材fおよび燃料電池fを作製し、評価した。結果を表4に示す。
下記の手順で複合部材を作製した。
(1)各材料の準備
金属酸化物として、ZrO2とY2O3との固溶体であるYSZ粉末を準備した。YSZ中のZrとYとの比率(原子組成比)は90:10であった。
アノード用材料Bとして、上記と同様にして、NiOを70体積%含むスラリーBを準備した。
固体電解質用材料として、上記YSZ粉末(55体積%)と、バインダ(PVB系樹脂、45体積%)とを含むスラリーCを準備した。
スラリーAを用い、ドクターブレード法によって、厚み0.5mmのシート状成形体Aを得た。同様に、スラリーBを用いた厚み0.5mmのシート状成形体B、および、スラリーCを用いた厚み12μmのシート状成形体Cを得た。
これらのシート状成形体をシート状成形体A、B、Cの順に重ねてラミネートし、全体の厚みが約1.0mmの積層シートを得た。この積層シートを直径140mmの円形に打ち抜き、積層体を得た。
実施例1と同様にして、還元処理および反り評価を行った。別途、実施例1と同様にして燃料電池を作製し、動作温度800℃における発電性能を評価した。結果を表6に示す。
第1アノード層におけるNiOの含有率を70体積%にしたこと以外は、実施例6と同様にして、複合部材gおよび燃料電池gを作製し、評価した。結果を表6に示す。
なお、複合部材gにクラック等の破損はなかった。
Claims (16)
- イオン伝導性を有する金属酸化物M1を含む固体電解質層と、
イオン伝導性を有する金属酸化物M2および酸化ニッケルを含む第1アノード層と、
前記固体電解質層と前記第1アノード層との間に介在し、イオン伝導性を有する金属酸化物M3および酸化ニッケルを含む第2アノード層と、を備え、
前記第1アノード層における前記酸化ニッケルの体積基準の含有率Cn1と、前記第2アノード層における前記酸化ニッケルの体積基準の含有率Cn2とが、Cn1<Cn2の関係を満たす、燃料電池用電解質層-アノード複合部材。 - 前記Cn1が40~80体積%であり、
前記Cn2が50~90体積%である、請求項1に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。 - 前記固体電解質層の厚みTeが3~50μmであり、
前記第1アノード層の厚みT1および前記第2アノード層の厚みT2の合計の厚みと、前記厚みTeとの比率:(T1+T2)/Teが、10以上である、請求項1または2に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。 - 前記金属酸化物M1が、A1B1O3で表わされるペロブスカイト型の結晶構造を有し、 A1サイトが、少なくとも1種の2族元素を含み、
B1サイトが、セリウムおよびジルコニウムの少なくとも1種と、希土類元素と、を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。 - 前記金属酸化物M1が、
式(1-1):BaCe1-a1Ya1O3-δ
(ただし、0<a1≦0.5、δは酸素欠損量である)、
式(2-1):BaZr1-b1Yb1O3-δ
(ただし、0<b1≦0.5、δは酸素欠損量である)、および、
式(3-1):BaZr1-c1-d1Cec1Yd1O3-δ
(ただし、0<c1<1、0<d1≦0.5、δは酸素欠損量である)
で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項4に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。 - 前記金属酸化物M2が、A2B2O3で表わされるペロブスカイト型の結晶構造を有し、 A2サイトが、少なくとも1種の2族元素を含み、
B2サイトが、セリウムおよびジルコニウムの少なくとも1種と、希土類元素と、を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。 - 前記金属酸化物M2が、
式(1-2):BaCe1-a2Ya2O3-δ
(ただし、0<a2≦0.5、δは酸素欠損量である)、
式(2-2):BaZr1-b2Yb2O3-δ
(ただし、0<b2≦0.5、δは酸素欠損量である)、および、
式(3-2):BaZr1-c2-d2Cec2Yd2O3-δ
(ただし、0<c2<1、0<d2≦0.5、δは酸素欠損量である)
で表わされる化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項6に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。 - 前記金属酸化物M3が、A3B3O3で表わされるペロブスカイト型の結晶構造を有し、 A3サイトが、少なくとも1種の2族元素を含み、
B3サイトが、セリウムおよびジルコニウムの少なくとも1種と、希土類元素と、を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。 - 前記金属酸化物M3が、
式(1-3):BaCe1-a3Ya3O3-δ
(ただし、0<a3≦0.5、δは酸素欠損量である)、
式(2-3):BaZr1-b3Yb3O3-δ
(ただし、0<b3≦0.5、δは酸素欠損量である)、および、
式(3-3):BaZr1-c3-d3Cec3Yd3O3-δ
(ただし、0<c3<1、0<d3≦0.5、δは酸素欠損量である)
で表わされる化合物よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項8に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。 - 前記金属酸化物M1が、カルシウム、スカンジウムおよびイットリウムよりなる群から選択される少なくとも1種がドープされた二酸化ジルコニウムを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。
- 前記金属酸化物M2が、カルシウム、スカンジウムおよびイットリウムよりなる群から選択される少なくとも1種がドープされた二酸化ジルコニウムを含む、請求項1~3および10のいずれか一項に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。
- 前記金属酸化物M3が、カルシウム、スカンジウムおよびイットリウムよりなる群から選択される少なくとも1種がドープされた二酸化ジルコニウムを含む、請求項1~3、10および11のいずれか一項に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。
- 前記第1アノード層および前記第2アノード層の少なくとも一方に含まれる前記酸化ニッケルの少なくとも一部が、金属ニッケルに還元されている、請求項1~12のいずれか一項に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材。
- イオン伝導性を有する金属酸化物M1を含む固体電解質層用材料と、
イオン伝導性を有する金属酸化物M2およびニッケル化合物N1を含むアノード用材料Aと、
イオン伝導性を有する金属酸化物M3およびニッケル化合物N2を含むアノード用材料Bと、を準備する第1工程と、
前記アノード用材料Aを含む第1アノード層の前駆体層、前記アノード用材料Bを含む第2アノード層の前駆体層および前記固体電解質層用材料を含む固体電解質層の前駆体層が、この順で積層された積層体を形成する第2工程と、
前記積層体を焼成して、前記第1アノード層、前記第2アノード層および前記固体電解質層を形成する第3工程と、を備え、
前記第1アノード層における前記酸化ニッケルの体積基準の含有率Cn1と、前記第2アノード層における前記酸化ニッケルの体積基準の含有率Cn2とが、Cn1<Cn2の関係を満たす、燃料電池用電解質層-アノード複合部材の製造方法。 - さらに、前記第1アノード層および前記第2アノード層に含まれる前記酸化ニッケルの少なくとも一部を還元する第4工程を含む、請求項14に記載の燃料電池用電解質層-アノード複合部材の製造方法。
- 請求項1~請求項13のいずれか一項に記載の電解質層-アノード複合部材と、
カソードと、
前記カソードに酸化剤を供給するための酸化剤流路と、
前記アノードに燃料を供給するための燃料流路と、を備える、燃料電池。
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Cited By (7)
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---|---|---|---|---|
JP2017033799A (ja) * | 2015-08-03 | 2017-02-09 | 株式会社日本触媒 | メタルサポートセル |
JP2018139183A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
JP2018139182A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
WO2018230248A1 (ja) * | 2017-06-15 | 2018-12-20 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
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US20210013534A1 (en) * | 2018-03-06 | 2021-01-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electrolyte layer-anode composite member and cell structure |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001283876A (ja) * | 2000-04-03 | 2001-10-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池の単電池 |
JP2012156099A (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-16 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池セルの燃料極 |
WO2015029713A1 (ja) * | 2013-08-27 | 2015-03-05 | 住友電気工業株式会社 | 燃料極用電極材料、固体電解質-電極積層体、固体電解質-電極積層体の製造方法及び燃料電池 |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001283876A (ja) * | 2000-04-03 | 2001-10-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池の単電池 |
JP2012156099A (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-16 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池セルの燃料極 |
WO2015029713A1 (ja) * | 2013-08-27 | 2015-03-05 | 住友電気工業株式会社 | 燃料極用電極材料、固体電解質-電極積層体、固体電解質-電極積層体の製造方法及び燃料電池 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017033799A (ja) * | 2015-08-03 | 2017-02-09 | 株式会社日本触媒 | メタルサポートセル |
JP2018139183A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
JP2018139182A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
WO2018230248A1 (ja) * | 2017-06-15 | 2018-12-20 | 住友電気工業株式会社 | 固体電解質部材、固体酸化物型燃料電池、水電解装置、水素ポンプ及び固体電解質部材の製造方法 |
US20210013534A1 (en) * | 2018-03-06 | 2021-01-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electrolyte layer-anode composite member and cell structure |
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