JP2947495B2 - 固体電解質型燃料電池の燃料電極作製法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の燃料電極作製法Info
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- JP2947495B2 JP2947495B2 JP4309203A JP30920392A JP2947495B2 JP 2947495 B2 JP2947495 B2 JP 2947495B2 JP 4309203 A JP4309203 A JP 4309203A JP 30920392 A JP30920392 A JP 30920392A JP 2947495 B2 JP2947495 B2 JP 2947495B2
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池の燃料電極の作製法に関するものである。
電池の燃料電極の作製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、化学反応エネルギーを直
接、電気エネルギーに変換する装置であり、その中の１
つである固体電解質型燃料電池（以下、ＳＯＦＣ）は文
字どおり、電解質としてセラミックスを使用した燃料電
池である。
接、電気エネルギーに変換する装置であり、その中の１
つである固体電解質型燃料電池（以下、ＳＯＦＣ）は文
字どおり、電解質としてセラミックスを使用した燃料電
池である。
【０００３】電解質材料としては、現在は酸素イオンの
伝導性を有する物質が使用されており、具体的には、イ
ットリア等を添加して結晶構造の安定化を図った安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）が使用されている。しかし、この
材料の導電率（酸素イオンの伝導性）は数１００℃程度
の温度では極めて低いので、そのような温度で使用して
も電解質部における電圧降下のため発電した電力を有効
に外部に取り出すことができない。そこで、電解質部に
おける電圧降下を低減させるための手段として、使用温
度の高温化と電解質の薄膜化が行なわれ、具体的には、
動作温度としては９００〜１０００℃、膜厚は数１０〜
数１００μｍが選定されている。
伝導性を有する物質が使用されており、具体的には、イ
ットリア等を添加して結晶構造の安定化を図った安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）が使用されている。しかし、この
材料の導電率（酸素イオンの伝導性）は数１００℃程度
の温度では極めて低いので、そのような温度で使用して
も電解質部における電圧降下のため発電した電力を有効
に外部に取り出すことができない。そこで、電解質部に
おける電圧降下を低減させるための手段として、使用温
度の高温化と電解質の薄膜化が行なわれ、具体的には、
動作温度としては９００〜１０００℃、膜厚は数１０〜
数１００μｍが選定されている。
【０００４】しかし、このような高温条件での使用を前
提としているため、電極材料にも耐高温性が要求され、
ＳＯＦＣでの使用に適した材料としては、空気極にはＡ
ＢＯ３構造のペロブスカイト型の複合酸化物、燃料極に
はニッケルジルコニアサーメット（Ｎｉ−ＹＳＺ）が使
用されている。ペロブスカイト型の複合酸化物として
は、例えばＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3やＬａ1-xＳｒxＣｏＯ3
があるが、電極への要求条件としては、多孔質体であり
電極活性を有すると共に、導電性を持つこと、さらに電
解質との間で熱膨張率差が小さいことが必要であり、こ
のような観点から前者が一般的に使用されている。一
方、燃料極にもこれと同じ要求条件があり、この要求を
満たすものとしてニッケルジルコニアサーメット（Ｎｉ
−ＹＳＺ）が一般的に選定されている。
提としているため、電極材料にも耐高温性が要求され、
ＳＯＦＣでの使用に適した材料としては、空気極にはＡ
ＢＯ３構造のペロブスカイト型の複合酸化物、燃料極に
はニッケルジルコニアサーメット（Ｎｉ−ＹＳＺ）が使
用されている。ペロブスカイト型の複合酸化物として
は、例えばＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3やＬａ1-xＳｒxＣｏＯ3
があるが、電極への要求条件としては、多孔質体であり
電極活性を有すると共に、導電性を持つこと、さらに電
解質との間で熱膨張率差が小さいことが必要であり、こ
のような観点から前者が一般的に使用されている。一
方、燃料極にもこれと同じ要求条件があり、この要求を
満たすものとしてニッケルジルコニアサーメット（Ｎｉ
−ＹＳＺ）が一般的に選定されている。
【０００５】
【発明が解決する問題点】このサーメット電極の調製法
としては、従来、一般的に酸化ニッケル粉末とＹＳＺ粉
末を混合させる方法が広く採用されている。しかし、こ
のような方法では、混合体を作製するために使用される
各々の粉体の粒径は、酸化ニッケルが０．１〜５μｍ程
度、またＹＳＺが０．１〜１０μｍ程度である。焼結体
の密度は一般に混合する粉末の粒径比に依存し、比が大
きいほうが大きくなることが知られている。この関係は
ニッケルジルコニアサーメットの出発物質についても当
てはまり、例えば粒径比が１：１００（使用したＹＳＺ
の粒径０．３５μｍ）において良好な電極特性が得られ
たことが報告されている（１９９０電気化学協会 秋季
大会 ２Ｈ３１）。
としては、従来、一般的に酸化ニッケル粉末とＹＳＺ粉
末を混合させる方法が広く採用されている。しかし、こ
のような方法では、混合体を作製するために使用される
各々の粉体の粒径は、酸化ニッケルが０．１〜５μｍ程
度、またＹＳＺが０．１〜１０μｍ程度である。焼結体
の密度は一般に混合する粉末の粒径比に依存し、比が大
きいほうが大きくなることが知られている。この関係は
ニッケルジルコニアサーメットの出発物質についても当
てはまり、例えば粒径比が１：１００（使用したＹＳＺ
の粒径０．３５μｍ）において良好な電極特性が得られ
たことが報告されている（１９９０電気化学協会 秋季
大会 ２Ｈ３１）。
【０００６】しかし、このような焼結体では焼結の過程
で各粉体粒子の凝集が進行するので、焼結体の各粉体の
粒径は出発物質の粒径よりも大きくなり、初期の粒径を
保たせることは難しい。また、このような混合体の焼結
によって作製した電極では、ニッケルとＹＳＺは焼結体
中では固溶した状態ではなく独立した粒子のまま存在
し、ＹＳＺの粒子間にニッケルの微粒子が存在する構造
になっている。そして、実際にＳＯＦＣとした場合には
１０００℃近くの高温下で使用されるので、燃料極が水
素で還元雰囲気であってもニッケル粒子の凝集は高温下
で進行し、実際の使用中にさらに焼結が進行するという
問題があった。また、上で述べたような方法で作製した
電極では、ニッケル金属の粒径がミクロンオーダもある
ため金属の単位あたりの表面積が小さく、製造初期にお
いてもそれほど大きな電極性能を期待することはできな
い。さらに、１０００℃での使用によって金属粒子の焼
結が徐々にではあるが進行するので、この製造方法の電
極では時間と共に電極性能は低下する。このような現象
は、ニッケル粒子の大きさと分散状態に依存している。
で各粉体粒子の凝集が進行するので、焼結体の各粉体の
粒径は出発物質の粒径よりも大きくなり、初期の粒径を
保たせることは難しい。また、このような混合体の焼結
によって作製した電極では、ニッケルとＹＳＺは焼結体
中では固溶した状態ではなく独立した粒子のまま存在
し、ＹＳＺの粒子間にニッケルの微粒子が存在する構造
になっている。そして、実際にＳＯＦＣとした場合には
１０００℃近くの高温下で使用されるので、燃料極が水
素で還元雰囲気であってもニッケル粒子の凝集は高温下
で進行し、実際の使用中にさらに焼結が進行するという
問題があった。また、上で述べたような方法で作製した
電極では、ニッケル金属の粒径がミクロンオーダもある
ため金属の単位あたりの表面積が小さく、製造初期にお
いてもそれほど大きな電極性能を期待することはできな
い。さらに、１０００℃での使用によって金属粒子の焼
結が徐々にではあるが進行するので、この製造方法の電
極では時間と共に電極性能は低下する。このような現象
は、ニッケル粒子の大きさと分散状態に依存している。
【０００７】図６に燃料電極における反応メカニズムを
示したが、燃料極においてはニッケル粒子２１が電子伝
導体、ＹＳＺ粒子２２がイオン伝導体となっており、電
解質のＹＳＺ２を経由した酸素イオンは電極中のＹＳＺ
内を伝導して電極内に到達する。一方、ニッケル粒子２
１は電子伝導体として機能するとともに、ＹＳＺ粒子２
２と気相との３者の接触部は反応点２３として作用す
る。この反応点２３において、ＹＳＺ内の酸素イオンの
流路２４を伝わってきた酸素イオンと気相から供給され
る水素とから、水と電子が生成する反応が進行し、電子
はニッケル粒子２１を通って電極の外部に送られる。
示したが、燃料極においてはニッケル粒子２１が電子伝
導体、ＹＳＺ粒子２２がイオン伝導体となっており、電
解質のＹＳＺ２を経由した酸素イオンは電極中のＹＳＺ
内を伝導して電極内に到達する。一方、ニッケル粒子２
１は電子伝導体として機能するとともに、ＹＳＺ粒子２
２と気相との３者の接触部は反応点２３として作用す
る。この反応点２３において、ＹＳＺ内の酸素イオンの
流路２４を伝わってきた酸素イオンと気相から供給され
る水素とから、水と電子が生成する反応が進行し、電子
はニッケル粒子２１を通って電極の外部に送られる。
【０００８】したがって、燃料電極においてはニッケル
とＹＳＺの分散状況が重要であり、この分布によって電
極の特性が左右される。望ましい電極構造としては、粒
径１／１００〜１／１０００ミクロンのニッケルの粒子
が、ＹＳＺに付着し、かつ各粒子は互いに接触した状態
で電子の導電路が編み目状に形成され、これが途中で切
断されることなく電極表面の導電体まで電気的に接続さ
れていることである。このような粒径のニッケルとする
ことでニッケルの表面積も大きくすることができる。し
かし、ニッケルとＹＳＺを機械的に混合して調製した物
質では、電極として望ましいこのような構造的な特徴を
得ることはできなかった。また、この燃料電極の作製に
あたって重要なことは、電極としての性能を確保するこ
とと合わせて、この電極と接触する電解質との熱膨張率
を極力一致させることである。電極性能の向上のために
は、混合物中のニッケル含有率を増せばよいが、熱膨張
率は含有率の増加につれて大きくなるので無闇に含有率
を増加させてもＳＯＦＣを構成することができなくな
る。ＹＳＺを出発物質としたサーメットの場合、電極性
能上から必要とされる酸化ニッケルの添加量は最低でも
４０重量％である。一方、サーメットの熱膨張率はニッ
ケルの量が多いほど大きくなり（酸化ニッケルのみの場
合：１５×１０-6／度、ＹＳＺのみの場合：１０×１０
-6／度）、例えば、上で述べた酸化ニッケルを４０重量
％添加させた電極の熱膨張率は１１×１０-6／度とな
り、電解質との間で熱膨張率差が生じている。このよう
に、酸化ニッケルを４０重量％添加させた物質はＹＳＺ
との間で熱膨張率差を有しているが、燃料電極としての
所定の性能を得るためにやむを得ず使用している状況で
ある。
とＹＳＺの分散状況が重要であり、この分布によって電
極の特性が左右される。望ましい電極構造としては、粒
径１／１００〜１／１０００ミクロンのニッケルの粒子
が、ＹＳＺに付着し、かつ各粒子は互いに接触した状態
で電子の導電路が編み目状に形成され、これが途中で切
断されることなく電極表面の導電体まで電気的に接続さ
れていることである。このような粒径のニッケルとする
ことでニッケルの表面積も大きくすることができる。し
かし、ニッケルとＹＳＺを機械的に混合して調製した物
質では、電極として望ましいこのような構造的な特徴を
得ることはできなかった。また、この燃料電極の作製に
あたって重要なことは、電極としての性能を確保するこ
とと合わせて、この電極と接触する電解質との熱膨張率
を極力一致させることである。電極性能の向上のために
は、混合物中のニッケル含有率を増せばよいが、熱膨張
率は含有率の増加につれて大きくなるので無闇に含有率
を増加させてもＳＯＦＣを構成することができなくな
る。ＹＳＺを出発物質としたサーメットの場合、電極性
能上から必要とされる酸化ニッケルの添加量は最低でも
４０重量％である。一方、サーメットの熱膨張率はニッ
ケルの量が多いほど大きくなり（酸化ニッケルのみの場
合：１５×１０-6／度、ＹＳＺのみの場合：１０×１０
-6／度）、例えば、上で述べた酸化ニッケルを４０重量
％添加させた電極の熱膨張率は１１×１０-6／度とな
り、電解質との間で熱膨張率差が生じている。このよう
に、酸化ニッケルを４０重量％添加させた物質はＹＳＺ
との間で熱膨張率差を有しているが、燃料電極としての
所定の性能を得るためにやむを得ず使用している状況で
ある。
【０００９】
【発明の目的】本発明の目的は、従来のＳＯＦＣの燃料
極に内在している、ニッケルの粒径が充分小さくなって
おらず電極活性が不十分であること（アノード過電圧が
大きい）、焼結後の電極は、１０００℃の温度に長期間
さらされているとニッケル粒子の焼結が進むこと、ま
た、電解質との熱膨張率差があり長期の使用で電解質と
の界面で剥離が生じること、の解決を図ったＳＯＦＣを
提供することにある。
極に内在している、ニッケルの粒径が充分小さくなって
おらず電極活性が不十分であること（アノード過電圧が
大きい）、焼結後の電極は、１０００℃の温度に長期間
さらされているとニッケル粒子の焼結が進むこと、ま
た、電解質との熱膨張率差があり長期の使用で電解質と
の界面で剥離が生じること、の解決を図ったＳＯＦＣを
提供することにある。
【００１０】
【発明の特徴と従来技術との差異】本発明は、燃料電極
の形成にあたって、まず、固体電解質型燃料電池の燃料
電極の電子伝導体として機能する金属の金属塩水溶液を
作製し、前記金属とともに燃料電極を構成する物質の粉
末を前記金属水溶液に浸漬し、次いでこの粉末を熱処理
して前記金属を粉末の表面に担持させたのち、前記粉末
を成形・焼結し多孔質物質を形成することを特徴として
いる。
の形成にあたって、まず、固体電解質型燃料電池の燃料
電極の電子伝導体として機能する金属の金属塩水溶液を
作製し、前記金属とともに燃料電極を構成する物質の粉
末を前記金属水溶液に浸漬し、次いでこの粉末を熱処理
して前記金属を粉末の表面に担持させたのち、前記粉末
を成形・焼結し多孔質物質を形成することを特徴として
いる。
【００１１】従来のＳＯＦＣにおいては、燃料電極は全
てニッケルジルコニアサーメットが使用され、しかもそ
の作製にあたっては酸化ニッケル（または、金属ニッケ
ル粉末）粉末とＹＳＺ粉末を混合させる方法が採られて
おり、本発明のような調製方法は行なわれていなかっ
た。
てニッケルジルコニアサーメットが使用され、しかもそ
の作製にあたっては酸化ニッケル（または、金属ニッケ
ル粉末）粉末とＹＳＺ粉末を混合させる方法が採られて
おり、本発明のような調製方法は行なわれていなかっ
た。
【００１２】
【実施例】本発明においては、ＹＳＺ粉末に予め、含浸
法でＮｉ金属を吸着させ、これを原料粉末としてプレス
法や、ドクターブレード法によって電極を形成して最後
に所定の温度で焼結させることで電極を作製する。
法でＮｉ金属を吸着させ、これを原料粉末としてプレス
法や、ドクターブレード法によって電極を形成して最後
に所定の温度で焼結させることで電極を作製する。
【００１３】図１から図５は本発明における実施例を示
すものである。まず、一定量のＹＳＺ粉末を準備し、ニ
ッケルとＹＳＺが所定の重量比となるように調製した塩
化ニッケル水溶液１１を作製した（図１）。塩化ニッケ
ル水溶液１１は、塩化ニッケル６水和物を蒸留水に溶解
させて所定の濃度に調製したものである。そして、ＹＳ
Ｚ１２（図２）をこの水溶液１１中に全没させ（図
３）、室温中で水分を蒸発させ、十分乾燥させた（図
４）。次に、１００℃の雰囲気下に２４時間以上さらし
てさらに乾燥させ、最後に６００℃で１２時間熱処理を
行ないＹＳＺ層の細孔内に付着させた（図５）。本発明
では、このように調製したＹＳＺ粉末１３によって、プ
レス成形を行ない、これを１２００〜１３５０℃で焼結
させることで燃料電極を作製した。このようにして作製
した燃料極は、発電雰囲気（１０００℃、燃料雰囲気ガ
ス）にさらすと付着したニッケルが金属状態に還元され
るのでそのまま電極とすることができる。
すものである。まず、一定量のＹＳＺ粉末を準備し、ニ
ッケルとＹＳＺが所定の重量比となるように調製した塩
化ニッケル水溶液１１を作製した（図１）。塩化ニッケ
ル水溶液１１は、塩化ニッケル６水和物を蒸留水に溶解
させて所定の濃度に調製したものである。そして、ＹＳ
Ｚ１２（図２）をこの水溶液１１中に全没させ（図
３）、室温中で水分を蒸発させ、十分乾燥させた（図
４）。次に、１００℃の雰囲気下に２４時間以上さらし
てさらに乾燥させ、最後に６００℃で１２時間熱処理を
行ないＹＳＺ層の細孔内に付着させた（図５）。本発明
では、このように調製したＹＳＺ粉末１３によって、プ
レス成形を行ない、これを１２００〜１３５０℃で焼結
させることで燃料電極を作製した。このようにして作製
した燃料極は、発電雰囲気（１０００℃、燃料雰囲気ガ
ス）にさらすと付着したニッケルが金属状態に還元され
るのでそのまま電極とすることができる。
【００１４】本発明による調製法によって作製した燃料
極と、従来の方法によるニッケルジルコニアサーメット
電極における諸特性を調査した。一例として、熱膨張特
性と導電率を示す。導電率については、従来の方法で作
製した電極は酸化ニッケルを５０重量％以上添加するこ
とで、１００ｓ／ｃｍ以上になったのに対し、本発明品
では、ニッケル量で２０重量％程度含浸させるだけで、
これと同等以上の導電率を得ることができた。一方、熱
膨張特性については、従来の方法の場合、酸化ニッケル
の添加量の増加と共に比例して増加し、３０重量％で１
１．２×１０-6（１／ｋ）、５０重量％では１２．２×
１０-6（１／ｋ）にも達し、先のＹＳＺとの差はそれぞ
れ、１．２×１０-6（１／ｋ）、２．２×１０-6（１／
ｋ）になっている。これに対し、本発明品では、ＹＳＺ
と大差なく、１０．５×１０-6（１／ｋ）の値であっ
た。この関係を簡単に表すと、表１のとおりである。
極と、従来の方法によるニッケルジルコニアサーメット
電極における諸特性を調査した。一例として、熱膨張特
性と導電率を示す。導電率については、従来の方法で作
製した電極は酸化ニッケルを５０重量％以上添加するこ
とで、１００ｓ／ｃｍ以上になったのに対し、本発明品
では、ニッケル量で２０重量％程度含浸させるだけで、
これと同等以上の導電率を得ることができた。一方、熱
膨張特性については、従来の方法の場合、酸化ニッケル
の添加量の増加と共に比例して増加し、３０重量％で１
１．２×１０-6（１／ｋ）、５０重量％では１２．２×
１０-6（１／ｋ）にも達し、先のＹＳＺとの差はそれぞ
れ、１．２×１０-6（１／ｋ）、２．２×１０-6（１／
ｋ）になっている。これに対し、本発明品では、ＹＳＺ
と大差なく、１０．５×１０-6（１／ｋ）の値であっ
た。この関係を簡単に表すと、表１のとおりである。
【００１５】
【００１６】なお、２つの方法で調製した電極の表面を
観測すると、従来の方法によるニッケルジルコニアサー
メット電極ではニッケル金属の粒子が観測されたのに対
し、本発明品では観測されなかった。これは、本発明品
によるものでは、ニッケルが従来品をはるかに越える微
粒子状でジルコニアと化学的に結合しており、最初から
金属粒子としては存在していないためであり、本発明品
の場合、ニッケルが非常に小さな微粒子としてＹＳＺ粒
子の表面上に担持されていることがわかる。
観測すると、従来の方法によるニッケルジルコニアサー
メット電極ではニッケル金属の粒子が観測されたのに対
し、本発明品では観測されなかった。これは、本発明品
によるものでは、ニッケルが従来品をはるかに越える微
粒子状でジルコニアと化学的に結合しており、最初から
金属粒子としては存在していないためであり、本発明品
の場合、ニッケルが非常に小さな微粒子としてＹＳＺ粒
子の表面上に担持されていることがわかる。
【００１７】なお、この実施例では通常広く使用されて
いるニッケルを例に説明したが、燃料電極として適する
金属としては周期率表第８族に属する金属で反応に対し
て活性であればよく、ニッケル以外には特にロジウムや
ルテニウムでもよい。これらを適用する場合にも、実施
例で示したように塩化物を用いればよく、塩化ロジウム
６水和物や塩化ルテニウムが使用できる。この他、容易
に水溶液になるもの、また、容易に熱分解するものであ
れば適用可能であり、硝酸塩でもよい。
いるニッケルを例に説明したが、燃料電極として適する
金属としては周期率表第８族に属する金属で反応に対し
て活性であればよく、ニッケル以外には特にロジウムや
ルテニウムでもよい。これらを適用する場合にも、実施
例で示したように塩化物を用いればよく、塩化ロジウム
６水和物や塩化ルテニウムが使用できる。この他、容易
に水溶液になるもの、また、容易に熱分解するものであ
れば適用可能であり、硝酸塩でもよい。
【００１８】従来のＳＯＦＣでは、電池の方式にかかわ
らず全て、燃料極には粉末の混合法で調製されたニッケ
ルジルコニアサーメットが使用されていた。このため、
以下のような問題があった。。電解質との間で熱膨張率
差が存在したままの材料が使用されており、高温下での
長期間の使用で破損しやすい。「ニッケルの粒径が大き
く電極性能が悪い。また、使用中にニッケル粒子の焼結
が進行しやすく性能が低下する。」熱膨張率差を抑える
ためニッケル添加量が制限され電極性能が低い。しか
し、本発明のＳＯＦＣにおいては、例えばニッケル粉末
を出発物質に使用するのではなく、金属の水溶液として
これをＹＳＺ等の粉末に含浸させるので、粉末の表面や
細孔内の表面に均一に付着させることができる。次に、
含浸させた粉末によって所定の形状の焼結体を作製する
ので、任意の多孔度に調節することができ、例え、多孔
度を大きくしても、各粉末粒子の表面にはニッケルが吸
着されているので、電気的な接触は確保され、従来品の
ような導電率の低下は生じない。また、ニッケル粒子と
ＹＳＺ粒子の相互作用による熱膨張率差もほとんどな
く、電極性能を向上させるにあたっても熱膨張率を意識
せずにニッケル金属の含浸量を変えるだけで対応するこ
とができる。そして、本発明による方法では、ニッケル
はＹＳＺの全表面に化学吸着によって付着しているの
で、従来品のような金属粒子の凝集現象は生じない。し
たがって、本発明による燃料極の調製法によれば、従来
のＳＯＦＣの燃料極に内在していた上記の問題を一気に
解決することができる。
らず全て、燃料極には粉末の混合法で調製されたニッケ
ルジルコニアサーメットが使用されていた。このため、
以下のような問題があった。。電解質との間で熱膨張率
差が存在したままの材料が使用されており、高温下での
長期間の使用で破損しやすい。「ニッケルの粒径が大き
く電極性能が悪い。また、使用中にニッケル粒子の焼結
が進行しやすく性能が低下する。」熱膨張率差を抑える
ためニッケル添加量が制限され電極性能が低い。しか
し、本発明のＳＯＦＣにおいては、例えばニッケル粉末
を出発物質に使用するのではなく、金属の水溶液として
これをＹＳＺ等の粉末に含浸させるので、粉末の表面や
細孔内の表面に均一に付着させることができる。次に、
含浸させた粉末によって所定の形状の焼結体を作製する
ので、任意の多孔度に調節することができ、例え、多孔
度を大きくしても、各粉末粒子の表面にはニッケルが吸
着されているので、電気的な接触は確保され、従来品の
ような導電率の低下は生じない。また、ニッケル粒子と
ＹＳＺ粒子の相互作用による熱膨張率差もほとんどな
く、電極性能を向上させるにあたっても熱膨張率を意識
せずにニッケル金属の含浸量を変えるだけで対応するこ
とができる。そして、本発明による方法では、ニッケル
はＹＳＺの全表面に化学吸着によって付着しているの
で、従来品のような金属粒子の凝集現象は生じない。し
たがって、本発明による燃料極の調製法によれば、従来
のＳＯＦＣの燃料極に内在していた上記の問題を一気に
解決することができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＳＯＦＣ
の燃料極では、電極の形成にあたって酸化ニッケルとジ
ルコニアの微粉末を混合させるのではなく、電極の構成
材となるＹＳＺの粉末の表面にニッケル水溶液を含浸さ
せることで付着させている。この方法では、ニッケルの
付着は化学的に行なわれ、ニッケル金属はＹＳＺの強固
に化学的に結合した状態に維持することができる。次
に、ニッケルを含浸させた、この粉末の成形・焼結によ
って所定の形状の電極を作製することとしている。従来
のように、金属とＹＳＺの混合によって作製したサーメ
ット電極の場合、金属の含有率が大きくなるほど熱膨張
率が大きくなり、実用的な性能を持った電極は電解質と
の間で熱膨張率差が生じていた。しかし、本方法によれ
ば従来の方法よりも少ないニッケル量で所定の性能を得
ることができ、このような方法で作製した電極の熱膨張
率は電解質と同一である。また、このような方法で付着
させた金属の熱安定性は従来の方法と同等であり、か
つ、金属の表面積も大きくすることができる。さらに、
従来行なわれていた方法のように、出発原料の粒径等の
制限を受けることがなく、細孔内表面に均一に付着させ
ることができ、従来より少ない量で従来と同等な電極特
性を得ることができる。なお、本発明の方法で調製した
燃料極は、従来の電極のようにニッケル金属が粒子状で
ＹＳＺ内に存在している構造ではないので、高温下での
粒子の凝集といった問題もなく、長期に渡って安定した
性能を持ったＳＯＦＣを提供することができる。
の燃料極では、電極の形成にあたって酸化ニッケルとジ
ルコニアの微粉末を混合させるのではなく、電極の構成
材となるＹＳＺの粉末の表面にニッケル水溶液を含浸さ
せることで付着させている。この方法では、ニッケルの
付着は化学的に行なわれ、ニッケル金属はＹＳＺの強固
に化学的に結合した状態に維持することができる。次
に、ニッケルを含浸させた、この粉末の成形・焼結によ
って所定の形状の電極を作製することとしている。従来
のように、金属とＹＳＺの混合によって作製したサーメ
ット電極の場合、金属の含有率が大きくなるほど熱膨張
率が大きくなり、実用的な性能を持った電極は電解質と
の間で熱膨張率差が生じていた。しかし、本方法によれ
ば従来の方法よりも少ないニッケル量で所定の性能を得
ることができ、このような方法で作製した電極の熱膨張
率は電解質と同一である。また、このような方法で付着
させた金属の熱安定性は従来の方法と同等であり、か
つ、金属の表面積も大きくすることができる。さらに、
従来行なわれていた方法のように、出発原料の粒径等の
制限を受けることがなく、細孔内表面に均一に付着させ
ることができ、従来より少ない量で従来と同等な電極特
性を得ることができる。なお、本発明の方法で調製した
燃料極は、従来の電極のようにニッケル金属が粒子状で
ＹＳＺ内に存在している構造ではないので、高温下での
粒子の凝集といった問題もなく、長期に渡って安定した
性能を持ったＳＯＦＣを提供することができる。
【図１】本発明の実施例および作製法の工程図。
【図２】本発明の実施例および作製法の工程図。
【図３】本発明の実施例および作製法の工程図。
【図４】本発明の実施例および作製法の工程図。
【図５】本発明の実施例および作製法の工程図。
【図６】従来の方法で作製された燃料電極における反応
の模式図。
の模式図。
１１ ＹＳＺ粉末 １２ 金属塩の水溶液 １３ 燃料極金属を含浸させたＹＳＺ多孔体 ２１ ニッケル金属粒子 ２２ ＹＳＺ粒子 ２３ 反応点 ２４ 酸素イオンの流路 ２５ 電子の流路 ２ 電解質
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−234600（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−49156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−5566（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−126653（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 4/86 - 4/98
Claims (2)
- 【請求項１】固体電解質型燃料電池の燃料電極の電子伝
導体として機能する金属の金属塩水溶液を作製し、前記
金属とともに燃料電極を構成する物質の粉末を前記金属
水溶液に浸漬し、次いでこの粉末を熱処理して前記金属
を粉末の表面に担持させたのち、前記粉末を成形・焼結
し多孔質物質を形成する工程を含むことを特徴とする固
体電解質型燃料電池の燃料電極作製法。 - 【請求項２】前記粉末がジルコニアを主成分とし、この
ジルコニアに安定化剤としてイットリアを添加した物
質、または前記ジルコニアをベースとする物質であり、
前記電子伝導体として機能する金属が周期率表第８族の
金属であることを特徴とする請求項１記載の固体電解質
型燃料電池の燃料電極作製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4309203A JP2947495B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極作製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4309203A JP2947495B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極作製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0689723A JPH0689723A (ja) | 1994-03-29 |
| JP2947495B2 true JP2947495B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=17990175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4309203A Expired - Lifetime JP2947495B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極作製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2947495B2 (ja) |
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| KR100898219B1 (ko) * | 2006-09-18 | 2009-05-18 | 연세대학교 산학협력단 | 다공성 나노 복합분말, 이의 제조방법, 및 이를 이용한고체산화물 연료극 및 연료전지 |
| KR100904203B1 (ko) | 2007-07-04 | 2009-06-23 | 한국과학기술연구원 | 연료 전지용 전극-전해질 복합체 분말의 제조 방법 |
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-
1992
- 1992-09-09 JP JP4309203A patent/JP2947495B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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| JPH0689723A (ja) | 1994-03-29 |
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