JP3256919B2 - 固体電解質燃料電池 - Google Patents
固体電解質燃料電池Info
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Description
にプラセオジウム系固体燃料電池用空気極材料を使用し
た固体電解質燃料電池に関するものである。
用いた固体電解質燃料電池に関心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特徴をもっている。
断面を模式的に示す。固体電解質としては1000℃動
作用にはYSZ(イットリウム安定化ジルコニア)が最
も有望視されているが、800℃の低温動作用として、
ジルコニア−スカンジウム系、セリア系およびYSZの
薄層化などの検討が行なわれている。
く検討されている物質の熱膨張係数を表2に示す。完全
な緻密性が要求される固体電解質とインターコネクタ材
は、ほぼ熱膨張係数が一致している。これに対して、燃
料極であるNi−YSZおよび空気極のLa0.8Sr0.2
MnO3は、約24〜40%程度熱膨張係数が大きく、
熱膨張、収縮により電解質に応力がかかる。
ン系酸化物であるLa1-xSrxMnO3、(x=0.1
5−0.4)が最も多く検討されている。YSZとLa
1-xSrxMnO3では熱膨張差があるため、室温と動作
温度である1000−800℃の間の温度サイクルを経
ることによりYSZにクラックが入る恐れがある。特に
空気極を支持体としてセルを組む場合、空気極の断面積
が大きくなるため、空気極の熱膨張がセルの熱膨張を決
定するため、空気極材料と固体電解質の熱膨張係数が一
致しなければならない。また、固体電解質を支持体とす
る場合でもセルの一辺が熱膨張差による電解質/電極間
の不整合に比例するので、大きなセルをつくる場合には
やはり問題となる。
で固体電解質であるYSZと熱膨張係数がほぼ一致した
空気極が求められている。
られている電気的特性および熱膨張係数の電解質との整
合性の二つの要求を同時に満足させた固体電解質燃料電
池を提供することを目的とする。
め、本発明による固体電解質燃料電池は、空気極と固体
電解質と燃料極からなる固体電解質燃料電池であって、
前記空気極にPr1-xAxMnO3である空気極材料が含
有されてなり、前記Aはアルカリ土類金属元素またはC
eであり、かつ前記xについては、0.05≦x≦0.
4であり、前記固体電解質は、イットリウム−ジルコニ
ア系またはジルコニウム化合物−スカンジウム化合物−
アルミナからなることを特徴とするものである。
SrxMnO3、(x=0.15−0.4)と同等で、熱
膨張係数が固体電解質とほぼ同じ値を持つPr1-xAxM
nO3、(A:アルカリ土類金属元素、またはCe元
素)を用いることを特徴とする。
よる固体電解質燃料電池に使用する空気極材料は、Pr
1-xAxMnO3である。ただし、式中、Aはアルカリ土
類金属元素またはCeであり、かつxは0.05≦x≦
0.4である。
eである。特に、イオン半径の大きさによって格子の整
合性を満足させるために、アルカリ土類金属元素として
はSr、Caが好適に用いることができ、またCeも好
適に用いることができる。
後述の実施例より明らかなように0.05≦x≦0.4
である。
のような空気極材料を使用している。
率が10.0×10-6付近の熱膨張率を有するものが使
用できる。このような固体電解質としては、たとえばジ
ルコニウム化合物−スカンジウム化合物−アルミナ固体
電解質(たとえば(ZrO2)0.9(Sc2O3)0.09(A
l2O3)0.01など)、イットリウム−ジルコニア系(た
とえばYSZ)を挙げることができる。
していたものを有効に使用できる。
したPr1-xAxMnO3、(A:アルカリ土類金属元素
またはCe元素)について検討したところ、電気伝導性
は従来材料とほぼ同等で、熱膨張係数が従来材料のLa
1-xSrxMnO3よりも固体電解質であるYSZに近い
ことを知見した。以上のような構成とすることによっ
て、電気的特性および熱膨張係数の電解質との整合性の
二つの要求を同時に満足する固体電解質燃料電池用空気
極材料を実現できる。
発明は以下の実施例に特に限定されるものではない。
造の単セルで試験を行なった。図1において、1は燃料
極、2は固体電解質、3は空気極である。また空気極、
燃料極の厚みはそれぞれ0.1mm、固体電解質の厚み
は0.3mm、直径は20mmである。固体電解質は、
YSZ(イットリウム8mol%;Zr0.84Y
0.16O2)を、燃料極にはNi粉末をYSZ(イットリ
ウム8mol%)に分散させた(Ni:60mol%;
Ni0.6−(Zr0.84Y0.16O2)0.4)のものを、そし
て空気極にはPr1-xSrxMnO3を用いた。
0.3、0.4としてそれぞれ単セルを作製した。本実
施例に使用した単セルの作製方法を以下に示す。まず、
ドクターブレード法により固体電解質のセラミックス薄
板のグリーンシートを形成し1600℃で焼きあげる。
これにスクリーンプリントで燃料電極にNi−YSZを
塗布し1400℃で焼き、この後、上記の空気極を塗布
し1100℃で焼き付けた。
の試験結果を示す。ここで、端子電圧は電流密度が0.
2A/cm2時の値である。熱膨張係数の測定には、空
気極材料を1300℃でペレット状に焼結したものを棒
状に切りだし、熱膨張測定装置により室温から800℃
までの温度範囲で空気中で測定を行なった。表1−1に
空気極における熱膨張係数の空気極組成依存性を示す。
ここで、熱膨張係数は、25〜800℃までの平均値で
ある。
ずれも従来のLa0.8Sr0.2MnO3を空気極に用いた
セルに比べ良好な特性を示した。プラセオジウムの置換
量(xの割合)が5〜40%において従来材料以下の熱
膨張係数を持ち、電解質材との整合性が向上しているこ
とがわかる。
値 熱膨張係数:室温から800℃までの平均値
てYSZの代わりに(ZrO2)0.9(Sc2O3)
0.09(Al2O3)0.01から成る組成の酸化物を、そして
空気極材料をPr1-xCaxMnO3(0.05≦x≦
0.3)として、実施例1と同様の実験を行なった。表
1−2にその結果を示す。ここで端子電圧は電流密度が
1.0A/cm2時の値である。実施例1とほぼ同様
に、従来の材料であるLa0.8Sr0.2MnO3に比べい
ずれも良好な結果を得た。
値 熱膨張係数:室温から800℃までの平均値
材料だけをPr1-xCexMnO3(0.05≦x≦0.
4)として、実施例1と同様の実験を行なった。結果は
表1−3に示すように実施例1とほぼ同様に、従来材料
であるLa0.8Sr0.2MnO3に比べいずれも良好であ
った。
値 熱膨張係数:室温から800℃までの平均値
池の空気極材料をPr1-xAxMnO3、(A:アルカリ
土類金属元素またはCe元素)とすることで、熱膨張係
数の不整合が従来材料のLa0.8Sr0.2MnO3に比べ
低く、電気特性は従来とほぼ同等である、すなわち、電
気的特性と熱膨張係数の整合性について同時に満足すべ
き特性を有する空気極を得ることに成功した。このた
め、本発明による固体電解質燃料電池は高効率動作が可
能であるという大きな利点を有する。
Claims (2)
- 【請求項1】空気極と固体電解質と燃料極からなる固体
電解質燃料電池であって、前記空気極にPr1-xAxMn
O3である空気極材料が含有されてなり、前記Aはアル
カリ土類金属元素またはCeであり、かつ前記xについ
ては、0.05≦x≦0.4であり、前記固体電解質
は、イットリウム−ジルコニア系またはジルコニウム化
合物−スカンジウム化合物−アルミナからなることを特
徴とする固体電解質燃料電池。 - 【請求項2】前記アルカリ土類金属元素はSrまたはC
aであることを特徴とする請求項1記載の固体電解質燃
料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03790994A JP3256919B2 (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03790994A JP3256919B2 (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07226209A JPH07226209A (ja) | 1995-08-22 |
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Family
ID=12510677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03790994A Expired - Lifetime JP3256919B2 (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (5)
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JP5401847B2 (ja) * | 2008-06-27 | 2014-01-29 | 住友大阪セメント株式会社 | 複合セラミックス粉体及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池 |
CN102066263A (zh) * | 2008-06-27 | 2011-05-18 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 复合陶瓷粉体及其制造方法以及固体氧化物型燃料电池 |
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-
1994
- 1994-02-10 JP JP03790994A patent/JP3256919B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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