JPH10144337A - 固体電解質型燃料電池の燃料電極およびその製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の燃料電極およびその製造方法Info
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- JPH10144337A JPH10144337A JP8320756A JP32075696A JPH10144337A JP H10144337 A JPH10144337 A JP H10144337A JP 8320756 A JP8320756 A JP 8320756A JP 32075696 A JP32075696 A JP 32075696A JP H10144337 A JPH10144337 A JP H10144337A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 三相界面が多くかつ金属が焼結しにくい電極
構造を有し、更にその金属の少量使用でも電極触媒活性
が得られる燃料電極とその製造方法を提供する。 【解決手段】 酸素イオン導電性を有する酸化物３と電
極活性を有する金属４とからなる固体電解質型燃料電池
の燃料電極において、前記酸化物３の表面に前記金属４
が吸着していることを特徴とする。 【効果】 金属、酸化物、および燃料ガスが接する三相
界面が非常に大きくなり、電極反応に伴う電圧降下が小
さく出力特性に優れた電極が得られ、また金属微粒子は
酸化物粉末に強く束縛されるため、金属微粒子間の焼結
が起こりにくくなり、長期安定性に優れた経時劣化の少
ない電極が得られる。
構造を有し、更にその金属の少量使用でも電極触媒活性
が得られる燃料電極とその製造方法を提供する。 【解決手段】 酸素イオン導電性を有する酸化物３と電
極活性を有する金属４とからなる固体電解質型燃料電池
の燃料電極において、前記酸化物３の表面に前記金属４
が吸着していることを特徴とする。 【効果】 金属、酸化物、および燃料ガスが接する三相
界面が非常に大きくなり、電極反応に伴う電圧降下が小
さく出力特性に優れた電極が得られ、また金属微粒子は
酸化物粉末に強く束縛されるため、金属微粒子間の焼結
が起こりにくくなり、長期安定性に優れた経時劣化の少
ない電極が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池の
燃料電極およびその製造方法に関し、特に、固体電解質
型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ、Ｃｅ
ｌｌ、以下ＳＯＦＣと略す）の燃料極材料およびその製
造方法に関する。
燃料電極およびその製造方法に関し、特に、固体電解質
型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ、Ｃｅ
ｌｌ、以下ＳＯＦＣと略す）の燃料極材料およびその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＯＦＣは、酸化剤と燃料の２種類のガ
スを酸化剤電極と燃料電極に供給して発電を行う燃料電
池のうち、構成材料のすべてに固体物質を用いるものの
総称である。ＳＯＦＣでは、以下のようなセラミックス
が多用されており、通常、１０００℃付近の温度で運転
される。
スを酸化剤電極と燃料電極に供給して発電を行う燃料電
池のうち、構成材料のすべてに固体物質を用いるものの
総称である。ＳＯＦＣでは、以下のようなセラミックス
が多用されており、通常、１０００℃付近の温度で運転
される。
【０００３】 電解質 ：イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ） 燃料電極 ：ニッケルジルコニアサーメット（Ｎｉ−Ｙ
ＳＺ） 酸化剤電極：ランタンマンガナイト（ＬＳＭ）
ＳＺ） 酸化剤電極：ランタンマンガナイト（ＬＳＭ）
【０００４】ここで、燃料電極の金属としてＮｉが多用
されるのは、ＮｉがＹＳＺに対する安定性に優れ、また
燃料として石炭ガスを用いた場合の耐硫黄性に優れてい
ることなどの理由による。燃料電極を低コストで作製す
る手法としては通常、原料であるＹＳＺ粉末やＮｉＯ粉
末をボールミル等で混合し、これをペーストとして電解
質に塗布して焼結するという手法が用いられている。
されるのは、ＮｉがＹＳＺに対する安定性に優れ、また
燃料として石炭ガスを用いた場合の耐硫黄性に優れてい
ることなどの理由による。燃料電極を低コストで作製す
る手法としては通常、原料であるＹＳＺ粉末やＮｉＯ粉
末をボールミル等で混合し、これをペーストとして電解
質に塗布して焼結するという手法が用いられている。
【０００５】燃料電極は、燃料ガスと酸化剤とを反応さ
せるための触媒としての役割を持ち、この電極反応場と
なっているのは、Ｎｉ、ＹＳＺ、および燃料ガスが接す
る三相界面である。従って、この三相界面を増大させる
ことはＳＯＦＣの出力特性の向上につながる。さらに、
電極自身の導電性を増大させることは、ＳＯＦＣの出力
特性の向上につながる。このため、ＮｉＯ粉末とＹＳＺ
粉末の粒径や粒径比を調整することよってＮｉ粒子およ
びＹＳＺ粒子を高分散させ、三相界面を増大させる検
討、あるいはＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末の混合比の調整等
によって導電性を増大させる検討が従来より行われてい
る。
せるための触媒としての役割を持ち、この電極反応場と
なっているのは、Ｎｉ、ＹＳＺ、および燃料ガスが接す
る三相界面である。従って、この三相界面を増大させる
ことはＳＯＦＣの出力特性の向上につながる。さらに、
電極自身の導電性を増大させることは、ＳＯＦＣの出力
特性の向上につながる。このため、ＮｉＯ粉末とＹＳＺ
粉末の粒径や粒径比を調整することよってＮｉ粒子およ
びＹＳＺ粒子を高分散させ、三相界面を増大させる検
討、あるいはＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末の混合比の調整等
によって導電性を増大させる検討が従来より行われてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に作製した燃料電極でＳＯＦＣを構成し、これを１００
０℃付近の温度で運転した場合、燃料電極では運転時間
の経過とともにＮｉ粒子の焼結による電極の凝集が進行
し、これが三相界面の減少と電極抵抗の増大を引き起こ
すため、出力特性がしだいに低下していくという問題点
がある。
に作製した燃料電極でＳＯＦＣを構成し、これを１００
０℃付近の温度で運転した場合、燃料電極では運転時間
の経過とともにＮｉ粒子の焼結による電極の凝集が進行
し、これが三相界面の減少と電極抵抗の増大を引き起こ
すため、出力特性がしだいに低下していくという問題点
がある。
【０００７】この問題点を解決する方法として、触媒能
がＮｉと同等でかつ１０００℃付近の温度では焼結が起
こりにくい他の金属の採用が検討されている。例えば、
電極金属としてＲｕを用いたルテニウムジルコニアサー
メット（Ｒｕ−ＹＳＺ）では、焼結による経時劣化のな
い電極が得られている。しかしながら、触媒能が優れ、
かつ１０００℃付近の温度でも焼結が起こりにくい金属
は高価な貴金属に限られる。従って、従来のように粉末
を混合する手法によって粉末を調整すると貴金属の使用
量の増加のためにコストが増大し、実用性に乏しいとい
う問題点がある。
がＮｉと同等でかつ１０００℃付近の温度では焼結が起
こりにくい他の金属の採用が検討されている。例えば、
電極金属としてＲｕを用いたルテニウムジルコニアサー
メット（Ｒｕ−ＹＳＺ）では、焼結による経時劣化のな
い電極が得られている。しかしながら、触媒能が優れ、
かつ１０００℃付近の温度でも焼結が起こりにくい金属
は高価な貴金属に限られる。従って、従来のように粉末
を混合する手法によって粉末を調整すると貴金属の使用
量の増加のためにコストが増大し、実用性に乏しいとい
う問題点がある。
【０００８】本発明は、三相界面が多くかつ金属が焼結
しにくい電極構造を有し、更にその金属の少量使用でも
電極触媒活性が得られる燃料電極の構造と製造方法を提
供し、従来の燃料極における不具合点を克服しようとす
るものである。
しにくい電極構造を有し、更にその金属の少量使用でも
電極触媒活性が得られる燃料電極の構造と製造方法を提
供し、従来の燃料極における不具合点を克服しようとす
るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】 （第１の手段）本発明は、固体電解質型燃料電池の電極
構造において、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、サマリアドー
プセリア（ＳＤＣ）等の酸化物表面に、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃ
ｏ等の金属を担持させ、これを焼結体としたことを特徴
とする。
構造において、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、サマリアドー
プセリア（ＳＤＣ）等の酸化物表面に、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃ
ｏ等の金属を担持させ、これを焼結体としたことを特徴
とする。
【００１０】（第２の手段）本発明は、固体電解質型燃
料電池の電極構造において、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属
を担持したイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、部
分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、サマリアドーブセリア
（ＳＤＣ）等の酸化物粉末と、燃料電池の運転温度でも
焼結しないＭｏ、Ｗ、Ｐｔ等の金属粉末が焼結体中に分
散していることを特徴とする。
料電池の電極構造において、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属
を担持したイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、部
分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、サマリアドーブセリア
（ＳＤＣ）等の酸化物粉末と、燃料電池の運転温度でも
焼結しないＭｏ、Ｗ、Ｐｔ等の金属粉末が焼結体中に分
散していることを特徴とする。
【００１１】（第３の手段）本発明は、固体電解質型燃
料電池の、前記第１および第２の手段に記載した、金属
を担持した酸化物粉末が焼結体となっていることを特徴
とする電極を作製する方法において、イットリア安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）、部分安定化ジルコニア（ＰＳ
Ｚ）、サマリアドープセリア（ＳＤＣ）等の酸化物粉末
を、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属イオンを含む水溶液中に
浸し、これを乾燥して該酸化物粉末の表面にＮｉ（ＮＯ
3）2、ＲｕＣｌ2、ＣｏＳＯ4等の金属化合物の状態で担
持させ、更に加熱処理によってＮｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金
属の状態で担持させこれを原料として電極とすることを
特徴とする。
料電池の、前記第１および第２の手段に記載した、金属
を担持した酸化物粉末が焼結体となっていることを特徴
とする電極を作製する方法において、イットリア安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）、部分安定化ジルコニア（ＰＳ
Ｚ）、サマリアドープセリア（ＳＤＣ）等の酸化物粉末
を、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属イオンを含む水溶液中に
浸し、これを乾燥して該酸化物粉末の表面にＮｉ（ＮＯ
3）2、ＲｕＣｌ2、ＣｏＳＯ4等の金属化合物の状態で担
持させ、更に加熱処理によってＮｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金
属の状態で担持させこれを原料として電極とすることを
特徴とする。
【００１２】（第４の手段）本発明は、固体電解質型燃
料電池の、前記第２の手段に記載した、金属を担持した
酸化物粉末が焼結体となっており、燃料電池の運転温度
でも焼結しない金属粉末が焼結体中に分散していること
を特徴とする電極を作製する方法において、第３の手段
に示すプロセスで、表面に金属を担持した酸化物粉末を
作製し、次いで該酸化物粉末に燃料電池の運転温度でも
焼結しないＭｏ、Ｗ、Ｐｔ等の金属粉末を混合し、この
混合物を原料として電極とすることを特徴とする。
料電池の、前記第２の手段に記載した、金属を担持した
酸化物粉末が焼結体となっており、燃料電池の運転温度
でも焼結しない金属粉末が焼結体中に分散していること
を特徴とする電極を作製する方法において、第３の手段
に示すプロセスで、表面に金属を担持した酸化物粉末を
作製し、次いで該酸化物粉末に燃料電池の運転温度でも
焼結しないＭｏ、Ｗ、Ｐｔ等の金属粉末を混合し、この
混合物を原料として電極とすることを特徴とする。
【００１３】（第５の手段）本発明は、固体電解質型燃
料電池の、前記第２の手段に記載した、金属を担持した
酸化物粉末が焼結体となっており、燃料電池の運転温度
でも焼結しない金属粉末が焼結体中に分散していること
を特徴とする電極を作製する方法において、イットリア
安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、部分安定化ジルコニア
（ＰＳＺ）、サマリアドープセリア（ＳＤＣ）等の酸化
物粉末と、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ等の燃料電池の運転温度でも
焼結しない金属を、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属イオンを
含む水溶液中に浸し、これを乾燥して該酸化物粉末の表
面にＮｉ（ＮＯ3）2、ＲｕＣｌ2、ＣｏＳＯ4等の金属化
合物の状態で担持させ、更に加熱処理によってＮｉ、Ｒ
ｕ、Ｃｏ等の金属の状態で担持させ、このような粉末を
原料として電極とすることを特徴とする。
料電池の、前記第２の手段に記載した、金属を担持した
酸化物粉末が焼結体となっており、燃料電池の運転温度
でも焼結しない金属粉末が焼結体中に分散していること
を特徴とする電極を作製する方法において、イットリア
安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、部分安定化ジルコニア
（ＰＳＺ）、サマリアドープセリア（ＳＤＣ）等の酸化
物粉末と、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ等の燃料電池の運転温度でも
焼結しない金属を、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属イオンを
含む水溶液中に浸し、これを乾燥して該酸化物粉末の表
面にＮｉ（ＮＯ3）2、ＲｕＣｌ2、ＣｏＳＯ4等の金属化
合物の状態で担持させ、更に加熱処理によってＮｉ、Ｒ
ｕ、Ｃｏ等の金属の状態で担持させ、このような粉末を
原料として電極とすることを特徴とする。
【００１４】
【作用】本発明の固体電解質型燃料電池の電極構造にあ
っては、以下の作用を有する。
っては、以下の作用を有する。
【００１５】図１に、本発明の固体電解質型燃料電池の
電極構造の実施例を模式的に示す。この燃料極１は、基
板２上のＹＳＺ、ＰＳＺ、ＳＤＣ等の酸化物粉末３の表
面にＮｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属粒子４を担持させた構造
をとるため、金属、酸化物、および燃料ガスが接する三
相界面が非常に大きくなり、電極反応に伴う電圧降下が
小さく出力特性に優れた電極となる。
電極構造の実施例を模式的に示す。この燃料極１は、基
板２上のＹＳＺ、ＰＳＺ、ＳＤＣ等の酸化物粉末３の表
面にＮｉ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属粒子４を担持させた構造
をとるため、金属、酸化物、および燃料ガスが接する三
相界面が非常に大きくなり、電極反応に伴う電圧降下が
小さく出力特性に優れた電極となる。
【００１６】また、金属は酸化物粉末に吸着しており強
く束縛されるため、金属の焼結が起こりにくくなり、経
時劣化が少なく長期安定性に優れた電極となる。
く束縛されるため、金属の焼結が起こりにくくなり、経
時劣化が少なく長期安定性に優れた電極となる。
【００１７】更に、酸化物粉末に担持させる金属は微少
量で済むため、ＲｕやＰｔのような高価な貴金属を使用
してもコスト高とはならず、実用性がある。
量で済むため、ＲｕやＰｔのような高価な貴金属を使用
してもコスト高とはならず、実用性がある。
【００１８】金属種によっては酸化物粉末３表面への吸
着力が弱く、吸着する金属粒子４量が少ないために電極
が十分な電子伝導性を示さない場合もある。しかしこの
場合には、本発明の他の実施例（図２）のように、Ｍ
ｏ、Ｗ等の燃料電池の運転温度では焼結が起こりにくい
金属粉末５を加えることで、導電パスが形成され、電子
伝導性が確保される。
着力が弱く、吸着する金属粒子４量が少ないために電極
が十分な電子伝導性を示さない場合もある。しかしこの
場合には、本発明の他の実施例（図２）のように、Ｍ
ｏ、Ｗ等の燃料電池の運転温度では焼結が起こりにくい
金属粉末５を加えることで、導電パスが形成され、電子
伝導性が確保される。
【００１９】
【実施例１】本実施例では、Ｎｉ−ＹＳＺから構成され
る燃料電極で、酸化物粉末を金属イオンを含む水溶液に
浸して金属を担持させる方法による図１の燃料電極の作
製方法について述べる。まず、平均粒径０．３μｍのＹ
ＳＺ粉末１０ｇをＮｉ（ＮＯ3）2の飽和水溶液１００ｍ
ｌに浸し、攪拌しながら９０℃で２時間保持した。続い
て、これを室温まで冷却させた後、ろ紙を用いてろ過
し、ろ紙上に残ったＹＳＺ粉末を乾燥させた。乾燥した
ＹＳＺの粉末は緑色を呈しており、Ｎｉ（ＮＯ3）2がＹ
ＳＺ粉末の表面を覆っていることが確認できる。このＹ
ＳＺ粉末を電気炉に入れて７００℃で２時間保ち、Ｎｉ
（ＮＯ3）2を熱分解した。熱分解後によってＮｉ（ＮＯ
3）2は全てＮｉＯとなっていることをＸ線回折により確
認した。また、ＹＳＺ粉末の表面をＥＰＭＡで元素分析
した結果、Ｎｉ元素がＹＳＺ粉末の表面に高密度で分散
していることを確認した。
る燃料電極で、酸化物粉末を金属イオンを含む水溶液に
浸して金属を担持させる方法による図１の燃料電極の作
製方法について述べる。まず、平均粒径０．３μｍのＹ
ＳＺ粉末１０ｇをＮｉ（ＮＯ3）2の飽和水溶液１００ｍ
ｌに浸し、攪拌しながら９０℃で２時間保持した。続い
て、これを室温まで冷却させた後、ろ紙を用いてろ過
し、ろ紙上に残ったＹＳＺ粉末を乾燥させた。乾燥した
ＹＳＺの粉末は緑色を呈しており、Ｎｉ（ＮＯ3）2がＹ
ＳＺ粉末の表面を覆っていることが確認できる。このＹ
ＳＺ粉末を電気炉に入れて７００℃で２時間保ち、Ｎｉ
（ＮＯ3）2を熱分解した。熱分解後によってＮｉ（ＮＯ
3）2は全てＮｉＯとなっていることをＸ線回折により確
認した。また、ＹＳＺ粉末の表面をＥＰＭＡで元素分析
した結果、Ｎｉ元素がＹＳＺ粉末の表面に高密度で分散
していることを確認した。
【００２０】次に、上記のようにＮｉＯを担持させたＹ
ＳＺの粉末に、結着剤としてポリビニルブチラール、溶
剤としてテレピネオールを加え、スラリーとしたものを
固体電解質である直径３．５ｃｍの円板状のＹＳＺ基板
に２ｃｍ×２ｃｍの正方形の形で塗布し、１２５０℃で
２時間焼結して多孔性電極とした。このプロセスでＹＳ
Ｚ粉末の表面に担持したＮｉ金属量は約１５ｗｔ％であ
った。焼結後の燃料電極の厚さは約０．１ｍｍであっ
た。ここでＹＳＺ基板は、燃料電極の材料として用いた
ものと同じ平均粒径０．３μｍのＹＳＺ粉末でペースト
を作製し、１４００℃で２時間焼結した厚さ約０．３ｍ
ｍの緻密体である。
ＳＺの粉末に、結着剤としてポリビニルブチラール、溶
剤としてテレピネオールを加え、スラリーとしたものを
固体電解質である直径３．５ｃｍの円板状のＹＳＺ基板
に２ｃｍ×２ｃｍの正方形の形で塗布し、１２５０℃で
２時間焼結して多孔性電極とした。このプロセスでＹＳ
Ｚ粉末の表面に担持したＮｉ金属量は約１５ｗｔ％であ
った。焼結後の燃料電極の厚さは約０．１ｍｍであっ
た。ここでＹＳＺ基板は、燃料電極の材料として用いた
ものと同じ平均粒径０．３μｍのＹＳＺ粉末でペースト
を作製し、１４００℃で２時間焼結した厚さ約０．３ｍ
ｍの緻密体である。
【００２１】このようにして作製した燃料電極を、１０
００℃の水素ガス雰囲気下でＮｉＯを還元してＮｉ金属
にするとともに１０００時間保った。１０００℃の水素
ガス雰囲気下においてから１時間後および１０００時間
後の燃料電極を取り出し、断面をＳＥＭで観察した。そ
の結果、両者の間にはほとんど違いが見られず、経時変
化が起こっていないことが確認された。更に、ＥＰＭＡ
で電極断面の元素分析を行った結果、１時間後および１
０００時間後のどちらの試料にもＮｉ元素の高密度での
幅広い分布が観察された。これより、電極には多くの三
層界面が存在していることが確認でき、また、Ｎｉの凝
集が起こらず経時劣化の非常に少ない燃料電極が得られ
た。なおここでは、Ｎｉ金属の担持量は約１５ｗｔ％だ
ったが、浸漬時間や使用する化合物の水溶液の種類、更
にはＹＳＺ粉末の粒径を変えることで担持量を３０ｗｔ
％程度にまで高めることもできる。
００℃の水素ガス雰囲気下でＮｉＯを還元してＮｉ金属
にするとともに１０００時間保った。１０００℃の水素
ガス雰囲気下においてから１時間後および１０００時間
後の燃料電極を取り出し、断面をＳＥＭで観察した。そ
の結果、両者の間にはほとんど違いが見られず、経時変
化が起こっていないことが確認された。更に、ＥＰＭＡ
で電極断面の元素分析を行った結果、１時間後および１
０００時間後のどちらの試料にもＮｉ元素の高密度での
幅広い分布が観察された。これより、電極には多くの三
層界面が存在していることが確認でき、また、Ｎｉの凝
集が起こらず経時劣化の非常に少ない燃料電極が得られ
た。なおここでは、Ｎｉ金属の担持量は約１５ｗｔ％だ
ったが、浸漬時間や使用する化合物の水溶液の種類、更
にはＹＳＺ粉末の粒径を変えることで担持量を３０ｗｔ
％程度にまで高めることもできる。
【００２２】以上、実施例１では、燃料電極を作製する
ための材料として、ＹＳＺおよびＮｉ（ＮＯ3）2を用い
ているが、ＹＳＺ以外にも、１０００℃付近の温度で酸
素イオン導電性を持つ、ＰＳＺ、ＳＤＣ、（Ｂｉ2Ｏ3）
x（Ｙ2Ｏ3）1-x、（Ｔａ2Ｏ5）x（Ｓｃ2Ｏ3）1-x、（Ｚ
ｒＯ2）x（ＣａＯ）1-x（０≦ｘ≦１）等も使用するこ
とができた。またＮｉ（ＮＯ3）2の水溶液以外にも、Ｎ
ｉＣｌ2、ＮｉＢｒ2、ＮｉＳＯ4、Ｎｉ（ＣｌＯ3）2、
Ｎｉ（ＣｌＯ4）2等の水溶液も使用でき、Ｎｉがイオン
として存在するのであれば有機溶媒系でもかまわなかっ
た。更に、酸化物粉末に担持させる金属としてはＮｉ以
外に、その融点がＳＯＦＣの運転温度である１０００℃
付近よりも高い、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ等も使用でき
た。
ための材料として、ＹＳＺおよびＮｉ（ＮＯ3）2を用い
ているが、ＹＳＺ以外にも、１０００℃付近の温度で酸
素イオン導電性を持つ、ＰＳＺ、ＳＤＣ、（Ｂｉ2Ｏ3）
x（Ｙ2Ｏ3）1-x、（Ｔａ2Ｏ5）x（Ｓｃ2Ｏ3）1-x、（Ｚ
ｒＯ2）x（ＣａＯ）1-x（０≦ｘ≦１）等も使用するこ
とができた。またＮｉ（ＮＯ3）2の水溶液以外にも、Ｎ
ｉＣｌ2、ＮｉＢｒ2、ＮｉＳＯ4、Ｎｉ（ＣｌＯ3）2、
Ｎｉ（ＣｌＯ4）2等の水溶液も使用でき、Ｎｉがイオン
として存在するのであれば有機溶媒系でもかまわなかっ
た。更に、酸化物粉末に担持させる金属としてはＮｉ以
外に、その融点がＳＯＦＣの運転温度である１０００℃
付近よりも高い、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ等も使用でき
た。
【００２３】
【実施例２】本実施例では、Ｎｉ−ＹＳＺとＭｏから構
成される燃料電極で、金属を担持させた酸化物粉末と燃
料電池の運転温度でも焼結しない金属粉末を混合して図
２の構造が得られる燃料電極の作製方法について述べ
る。まず、容積５００ｍｌのポリビンに、平均粒径３μ
ｍのＹＳＺ粉末１００ｇ、平均粒径０．７μｍのＭｏ粉
末２０ｇ、直径１ｃｍのジルコニアボールを２０個、お
よびＮｉ（ＮＯ3）2の飽和水溶液１５０ｍｌを入れ、高
温槽の中で７０℃の温度で２時間回転させＹＳＺ粉末と
Ｍｏ粉末を混合した。引き続き、ろ紙を用いてＹＳＺ粉
末とＭｏ粉末をＮｉ（ＮＯ3）2の水溶液と分離し、乾燥
した。乾燥後のＹＳＺとＭｏの混合粉末の表面はＮｉ
（ＮＯ3）2で覆われており、緑色を呈している。この混
合粉末を電気炉に入れて７００℃で２時間保ち、Ｎｉ
（ＮＯ3）2を熱分解した。Ｎｉ（ＮＯ3）2は全てＮｉＯ
となっていることをＸ線回折により確認した。また、混
合粉末の表面をＥＰＭＡで元素分析した結果、Ｎｉ元素
がＹＳＺ粉末とＭｏ粉末の表面に高密度で分散している
ことを確認した。
成される燃料電極で、金属を担持させた酸化物粉末と燃
料電池の運転温度でも焼結しない金属粉末を混合して図
２の構造が得られる燃料電極の作製方法について述べ
る。まず、容積５００ｍｌのポリビンに、平均粒径３μ
ｍのＹＳＺ粉末１００ｇ、平均粒径０．７μｍのＭｏ粉
末２０ｇ、直径１ｃｍのジルコニアボールを２０個、お
よびＮｉ（ＮＯ3）2の飽和水溶液１５０ｍｌを入れ、高
温槽の中で７０℃の温度で２時間回転させＹＳＺ粉末と
Ｍｏ粉末を混合した。引き続き、ろ紙を用いてＹＳＺ粉
末とＭｏ粉末をＮｉ（ＮＯ3）2の水溶液と分離し、乾燥
した。乾燥後のＹＳＺとＭｏの混合粉末の表面はＮｉ
（ＮＯ3）2で覆われており、緑色を呈している。この混
合粉末を電気炉に入れて７００℃で２時間保ち、Ｎｉ
（ＮＯ3）2を熱分解した。Ｎｉ（ＮＯ3）2は全てＮｉＯ
となっていることをＸ線回折により確認した。また、混
合粉末の表面をＥＰＭＡで元素分析した結果、Ｎｉ元素
がＹＳＺ粉末とＭｏ粉末の表面に高密度で分散している
ことを確認した。
【００２４】次に、実施例１に示したのと同じ手法で混
合粉末のスラリーを作製し、同じ電解質基板に塗布し
た。このようにして作製した燃料電極を、１０００℃の
水素ガス雰囲気下で１０００時間保った。１０００℃の
水素ガス雰囲気下においてから１時間後および１０００
時間後の燃料電極を取り出し、断面をＳＥＭで観察し
た。その結果、両者の間にはほとんど違いが見られず、
経時変化が起こっていないことが確認された。更に、Ｅ
ＰＭＡで電極断面の元素分析を行った結果、１時間後お
よび１０００時間後のどちらの試料にもＮｉ元素の高密
度での幅広い分布が観察された。これより、電極には多
くの三層界面が存在していることが確認でき、また、Ｎ
ｉの凝集が起こらず経時劣化の非常に少ない燃料電極が
得られた。また固体電解質であるＹＳＺ基板のもう片面
にＰｔペーストを直径３ｃｍの円形に塗布し、燃料電極
上にはＰｔメッシュを張り付け、１０００℃での両Ｐｔ
間の１ｋＨｚでの交流インピーダンス（絶対値）を測定
した。交流インピーダンス値は約０．１Ωと、本構造の
電極は、実施例１の手法で作製した図１の構造の電極と
比べて交流インピーダンスが約１／５に減少し、燃料電
極の電子伝導性の向上が図られた。
合粉末のスラリーを作製し、同じ電解質基板に塗布し
た。このようにして作製した燃料電極を、１０００℃の
水素ガス雰囲気下で１０００時間保った。１０００℃の
水素ガス雰囲気下においてから１時間後および１０００
時間後の燃料電極を取り出し、断面をＳＥＭで観察し
た。その結果、両者の間にはほとんど違いが見られず、
経時変化が起こっていないことが確認された。更に、Ｅ
ＰＭＡで電極断面の元素分析を行った結果、１時間後お
よび１０００時間後のどちらの試料にもＮｉ元素の高密
度での幅広い分布が観察された。これより、電極には多
くの三層界面が存在していることが確認でき、また、Ｎ
ｉの凝集が起こらず経時劣化の非常に少ない燃料電極が
得られた。また固体電解質であるＹＳＺ基板のもう片面
にＰｔペーストを直径３ｃｍの円形に塗布し、燃料電極
上にはＰｔメッシュを張り付け、１０００℃での両Ｐｔ
間の１ｋＨｚでの交流インピーダンス（絶対値）を測定
した。交流インピーダンス値は約０．１Ωと、本構造の
電極は、実施例１の手法で作製した図１の構造の電極と
比べて交流インピーダンスが約１／５に減少し、燃料電
極の電子伝導性の向上が図られた。
【００２５】以上、実施例２では、燃料電極を作製する
ための材料として、ＹＳＺおよびＮｉ（ＮＯ3）2を用い
ているが、実施例１に示した他の材料も使用できた。ま
た、燃料電極中に導電パスを作製するための材料粉末と
しては、Ｍｏ以外にも、１０００℃付近の温度で焼結が
起こりにくい、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の金属や、合
金も使用できた。更に、燃料電池の動作温度で還元する
のであれば、これら金属の酸化物でも構わなかった。
ための材料として、ＹＳＺおよびＮｉ（ＮＯ3）2を用い
ているが、実施例１に示した他の材料も使用できた。ま
た、燃料電極中に導電パスを作製するための材料粉末と
しては、Ｍｏ以外にも、１０００℃付近の温度で焼結が
起こりにくい、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の金属や、合
金も使用できた。更に、燃料電池の動作温度で還元する
のであれば、これら金属の酸化物でも構わなかった。
【００２６】
【発明の効果】本発明の電極構造では、次に記載するよ
うな効果を奏する。
うな効果を奏する。
【００２７】（１）金属、酸化物、および燃料ガスが接
する三相界面が非常に大きくなり、電極反応に伴う電圧
降下が小さく出力特性に優れた電極が得られる。
する三相界面が非常に大きくなり、電極反応に伴う電圧
降下が小さく出力特性に優れた電極が得られる。
【００２８】（２）金属微粒子は酸化物粉末に強く束縛
されるため、金属微粒子間の焼結が起こりにくくなり、
長期安定性に優れた経時劣化の少ない電極が得られる。
されるため、金属微粒子間の焼結が起こりにくくなり、
長期安定性に優れた経時劣化の少ない電極が得られる。
【００２９】（３）酸化物粉末に担持させる金属は微少
量で済むため、高価な貴金属を使用しても高コストとは
ならない実用性のある電極が得られる。
量で済むため、高価な貴金属を使用しても高コストとは
ならない実用性のある電極が得られる。
【００３０】（４）酸化物粉末に金属を担持させて焼結
しただけでは十分な電子伝導性を示さない電極につい
て、燃料電池の運転温度では難焼結性の金属粉末も加え
て導電パスを新たに構築することにより電極の電子伝導
性が改善される。
しただけでは十分な電子伝導性を示さない電極につい
て、燃料電池の運転温度では難焼結性の金属粉末も加え
て導電パスを新たに構築することにより電極の電子伝導
性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって得られる燃料電極の第１の実施
例を示す断面図。
例を示す断面図。
【図２】本発明によって得られる燃料電極の第２の実施
例を示す断面図。
例を示す断面図。
【符号の説明】 １ 燃料極 ２ ＹＳＺ基板 ３ 酸化物粉末 ４ 金属粒子 ５ 金属粉末
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 正泰 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 池田 大助 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 酸素イオン導電性を有する酸化物と電極
活性を有する金属とからなる固体電解質型燃料電池の燃
料電極において、前記酸化物の表面に前記金属が吸着し
ていることを特徴とする固体電解質型燃料電池の燃料電
極。 - 【請求項２】 燃料電池の運転温度においても凝集しな
い金属が添加されてい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。 - 【請求項３】 前記酸化物が、イットリア安定化ジルコ
ニア、部分安定化ジルコニア、サマリアドープセリアか
ら選ばれた一種以上であり、前記電極活性を有する金属
が、ニッケル、ルテニウム、コバルトから選ばれた一種
以上であり、前記燃料電池の運転温度においても凝集し
ない金属がモリブデン、タングステン、白金から選ばれ
た一種以上であることを特徴とする請求項１および２記
載の固体電解質型燃料電池の燃料電極。 - 【請求項４】 電極活性を有する金属のイオンを含有す
る溶液中に、酸素イオン導電性を有する酸化物の粉体を
浸し、その後乾燥して該酸化物表面に該金属の化合物を
担持させ、その後加熱処理して該酸化物表面に該金属を
担持させ、その後成型、焼結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の製造方法。 - 【請求項５】 前記酸化物表面に金属を担持させる工程
に引き続き、燃料電池の運転温度においても凝集しない
金属粉体を混合した後、成型、焼結することを特徴とす
る請求項４記載の固体電解質型燃料電池の燃料電極の製
造方法。 - 【請求項６】 電極活性を有する金属のイオンを含有す
る溶液中に、酸素イオン導電性を有する酸化物粉体と燃
料電池の運転温度においても凝集しない金属粉体を浸
し、その後乾燥して該酸化物表面に該電極活性を有する
金属の化合物を担持させ、その後加熱処理して該酸化物
表面に該電極活性を有する金属を担持させ、その後成
型、焼結することを特徴とする請求項４記載の固体電解
質型燃料電池の燃料電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8320756A JPH10144337A (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8320756A JPH10144337A (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10144337A true JPH10144337A (ja) | 1998-05-29 |
Family
ID=18124925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8320756A Pending JPH10144337A (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10144337A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006028009A (ja) * | 2004-07-13 | 2006-02-02 | Hyundai Motor Co Ltd | ＮｉＯ−セラミック複合粉体、これから製造された固体酸化物燃料電池の燃料極、及びこれの製造方法 |
| JP2006040612A (ja) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Hosokawa Funtai Gijutsu Kenkyusho:Kk | 固体電解質形燃料電池の燃料極原料粉体、その製造方法、燃料極及び固体電解質形燃料電池 |
| JP2006351224A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 固体電解質型燃料電池の電極用ニッケル粉及びその製造方法 |
| JP2009211830A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Toshiba Corp | 固体酸化物型電気化学セル、およびその製造方法 |
| JP2010164576A (ja) * | 2002-07-19 | 2010-07-29 | Furuya Kinzoku:Kk | 固体電解質用電極、その製造方法並びに固体電解質型酸素センサー及び排ガスセンサー |
| JP2010282772A (ja) * | 2009-06-03 | 2010-12-16 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 固体酸化物形燃料電池用電極材及び固体酸化物形燃料電池用電極 |
-
1996
- 1996-11-15 JP JP8320756A patent/JPH10144337A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010164576A (ja) * | 2002-07-19 | 2010-07-29 | Furuya Kinzoku:Kk | 固体電解質用電極、その製造方法並びに固体電解質型酸素センサー及び排ガスセンサー |
| JP2006028009A (ja) * | 2004-07-13 | 2006-02-02 | Hyundai Motor Co Ltd | ＮｉＯ−セラミック複合粉体、これから製造された固体酸化物燃料電池の燃料極、及びこれの製造方法 |
| JP2013079190A (ja) * | 2004-07-13 | 2013-05-02 | Hyundai Motor Co Ltd | ＮｉＯ−セラミック複合粉体及びＮｉＯ−セラミック複合燃料極の製造方法 |
| JP2006040612A (ja) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Hosokawa Funtai Gijutsu Kenkyusho:Kk | 固体電解質形燃料電池の燃料極原料粉体、その製造方法、燃料極及び固体電解質形燃料電池 |
| JP2006351224A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 固体電解質型燃料電池の電極用ニッケル粉及びその製造方法 |
| JP4517949B2 (ja) * | 2005-06-13 | 2010-08-04 | 住友金属鉱山株式会社 | 固体電解質型燃料電池の電極用酸化ニッケル粉及びその製造方法 |
| JP2009211830A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Toshiba Corp | 固体酸化物型電気化学セル、およびその製造方法 |
| JP2010282772A (ja) * | 2009-06-03 | 2010-12-16 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 固体酸化物形燃料電池用電極材及び固体酸化物形燃料電池用電極 |
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