JPH07105954A - 固体電解質型電解セル燃料極 - Google Patents
固体電解質型電解セル燃料極Info
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- JPH07105954A JPH07105954A JP5244316A JP24431693A JPH07105954A JP H07105954 A JPH07105954 A JP H07105954A JP 5244316 A JP5244316 A JP 5244316A JP 24431693 A JP24431693 A JP 24431693A JP H07105954 A JPH07105954 A JP H07105954A
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- thermal expansion
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質型燃料電池やその逆反応を利用し
た高温水蒸気電解装置の電解セルの燃料極に関する。 【構成】 半径30μm未満のセラミックス粒子に、1
1%以上83%未満の体積分率のNiを被覆した燃料極
材料を固体電解質表面に成膜してなる固体電解質型電解
セル燃料極。
た高温水蒸気電解装置の電解セルの燃料極に関する。 【構成】 半径30μm未満のセラミックス粒子に、1
1%以上83%未満の体積分率のNiを被覆した燃料極
材料を固体電解質表面に成膜してなる固体電解質型電解
セル燃料極。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池や
その電池の逆反応を利用した高温水蒸気電解装置の電解
セルの燃料極に関する。
その電池の逆反応を利用した高温水蒸気電解装置の電解
セルの燃料極に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の固体電解質型燃料電池の燃料極の
材料は電子導電性の高いNi等の金属と8mol%Y2
O3 −ZrO2 やMgAl2 O4 などのセラミックスの
混合物を用いてきた。これはNiまたは製作過程で生じ
るNiの酸化物、すなわちNiOの熱膨張率が固体電解
質8mol%Y2 O3 −ZrO2 の熱膨張率と異ってお
り、燃料極が固体電解質から剥離したり、場合によって
は固体電解質を破損してしまうためである。また、燃料
極は固体電解質燃料電池の効率を高めるために、作動条
件下において電子導電性が高いこと並びに過電圧が低い
ことが必要とされる。このため、燃料極の製作において
は出発原料となるNiOとセラミックス成分(8mol
%Y2 O3 −ZrO2 )は分散性すなわち均一に混合さ
れるような方法が適用されている。
材料は電子導電性の高いNi等の金属と8mol%Y2
O3 −ZrO2 やMgAl2 O4 などのセラミックスの
混合物を用いてきた。これはNiまたは製作過程で生じ
るNiの酸化物、すなわちNiOの熱膨張率が固体電解
質8mol%Y2 O3 −ZrO2 の熱膨張率と異ってお
り、燃料極が固体電解質から剥離したり、場合によって
は固体電解質を破損してしまうためである。また、燃料
極は固体電解質燃料電池の効率を高めるために、作動条
件下において電子導電性が高いこと並びに過電圧が低い
ことが必要とされる。このため、燃料極の製作において
は出発原料となるNiOとセラミックス成分(8mol
%Y2 O3 −ZrO2 )は分散性すなわち均一に混合さ
れるような方法が適用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術において、サ
ーメット化した燃料極では固体電解質型燃料電池の性能
を高めるために、高い電子導電性と低い過電圧を得る必
要がある。このために、固体電解質型燃料電池の作動時
に、電子導電性を発揮するNi等の金属成分(通常、N
iOなどの酸化物)を充分量、例えば40vol%以上
添加し、同時に固体電解質との接触点数を多くして過電
圧を低下させている。ところが、Ni等の金属成分を充
分量添加することで、燃料極の熱膨張率と固体電解質の
熱膨張率の差が大きくなり、この熱膨張率の差が原因し
て発生する応力のために、固体電解質型燃料電池の発停
時に固体電解質から燃料極が剥離したり、固体電解質が
破損することを完全には回避できない。
ーメット化した燃料極では固体電解質型燃料電池の性能
を高めるために、高い電子導電性と低い過電圧を得る必
要がある。このために、固体電解質型燃料電池の作動時
に、電子導電性を発揮するNi等の金属成分(通常、N
iOなどの酸化物)を充分量、例えば40vol%以上
添加し、同時に固体電解質との接触点数を多くして過電
圧を低下させている。ところが、Ni等の金属成分を充
分量添加することで、燃料極の熱膨張率と固体電解質の
熱膨張率の差が大きくなり、この熱膨張率の差が原因し
て発生する応力のために、固体電解質型燃料電池の発停
時に固体電解質から燃料極が剥離したり、固体電解質が
破損することを完全には回避できない。
【0004】本発明は上記技術水準に鑑み、固体電解質
型電解セルの燃料極のNi等の金属成分の含有率を著し
く低下し、熱膨張率を固体電解質に近づけ、しかも高い
電子導電性をもつ燃料極を提供しようとするものであ
る。
型電解セルの燃料極のNi等の金属成分の含有率を著し
く低下し、熱膨張率を固体電解質に近づけ、しかも高い
電子導電性をもつ燃料極を提供しようとするものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は半径30μm未
満のセラミックス粒子に、11%以上83%未満の体積
分率のNiを被覆してなる燃料極材料を固体電解質表面
に成膜してなることを特徴とする固体電解質型電解セル
燃料極である。
満のセラミックス粒子に、11%以上83%未満の体積
分率のNiを被覆してなる燃料極材料を固体電解質表面
に成膜してなることを特徴とする固体電解質型電解セル
燃料極である。
【0006】本発明において、Niを被覆されるセラミ
ックス粒子としてはZrO2 系、MgAl2 O4 系セラ
ミックス粒子が用いられる。MgAl2 O4 系には10
vol%MgAl2 O4 −90vol%(8mol%Y
2 O3 −ZrO2 )、50vol%MgAl2 O4 −5
0vol%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )、90v
ol%MgAl2 O4 −10vol%(8mol%Y2
O3 −ZrO2 )、MgAl2 O4 などが含まれる。
ックス粒子としてはZrO2 系、MgAl2 O4 系セラ
ミックス粒子が用いられる。MgAl2 O4 系には10
vol%MgAl2 O4 −90vol%(8mol%Y
2 O3 −ZrO2 )、50vol%MgAl2 O4 −5
0vol%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )、90v
ol%MgAl2 O4 −10vol%(8mol%Y2
O3 −ZrO2 )、MgAl2 O4 などが含まれる。
【0007】燃料極の電子導電性を得るためには、燃料
極中に含まれるNi成分が連続している必要がある。ま
た、燃料極の熱膨張率を固体電解質の熱膨張率に近づけ
るためには前述したセラミックス粒子、例えば8mol
%Y2 O3 −ZrO2 等のセラミックスを加える必要が
ある。そこで本発明では燃料極に添加するセラミックス
上にNiを均一に鍍金法又は化学蒸着法で積層被覆し
て、これを原料として用いることで燃料極成膜時にNi
成分が連続的に存在することができるようにすると共
に、固体電解質との接触点も増加し過電圧を低下できる
ようにするものである。
極中に含まれるNi成分が連続している必要がある。ま
た、燃料極の熱膨張率を固体電解質の熱膨張率に近づけ
るためには前述したセラミックス粒子、例えば8mol
%Y2 O3 −ZrO2 等のセラミックスを加える必要が
ある。そこで本発明では燃料極に添加するセラミックス
上にNiを均一に鍍金法又は化学蒸着法で積層被覆し
て、これを原料として用いることで燃料極成膜時にNi
成分が連続的に存在することができるようにすると共
に、固体電解質との接触点も増加し過電圧を低下できる
ようにするものである。
【0008】また、セラミックス上に成膜するNiの厚
さにより電子導電率と熱膨張率は決定される。電子導電
性を確保するためには、Ni量が体積分率で11vol
%以上である必要があり、逆に熱膨張率を小さくするた
めにはNi量が体積率で83vol%未満である必要が
ある。
さにより電子導電率と熱膨張率は決定される。電子導電
性を確保するためには、Ni量が体積分率で11vol
%以上である必要があり、逆に熱膨張率を小さくするた
めにはNi量が体積率で83vol%未満である必要が
ある。
【0009】本発明におけるセラミックス粒子上へのN
iの被覆は、2%B−Ni無電解メッキなどの鍍金法、
NiCl2 を原料とする化学蒸着法(CVD法)などに
よって行われる。
iの被覆は、2%B−Ni無電解メッキなどの鍍金法、
NiCl2 を原料とする化学蒸着法(CVD法)などに
よって行われる。
【0010】
【作用】燃料極のセラミックス成分の表面にNiを無電
解メッキあるいは化学蒸着により被覆した材料を用いる
ことで、燃料極中のNi含有率を低下できた。これによ
り、燃料極と固体電解質の熱膨張率差を小さくでき剥離
と損傷を回避できる。また、Niが燃料極中で容易に連
続(連結)できるので電子導電性も高く、固体電解質燃
料電池の性能は良好に保たれる。
解メッキあるいは化学蒸着により被覆した材料を用いる
ことで、燃料極中のNi含有率を低下できた。これによ
り、燃料極と固体電解質の熱膨張率差を小さくでき剥離
と損傷を回避できる。また、Niが燃料極中で容易に連
続(連結)できるので電子導電性も高く、固体電解質燃
料電池の性能は良好に保たれる。
【0011】
【実施例】燃料極のセラミックス成分として8mol%
Y2 O3 −ZrO2 、10vol%MgAl2 O4 −9
0vol%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )、50v
ol%MgAl2 O4 −50vol%(8mol%Y2
O3 −ZrO2 )、90vol%MgAl2 O4 −10
vol%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )及びMgA
l2 O4 を用いた。セラミックス成分の粒径は半径10
μmを主に用い、他に半径1μm、5μm、15μmの
材料を用いた。セラミックス成分へのNiの被覆は2%
B−Niの無電解鍍金法により行い、Ni層の厚さは鍍
金時間を変えることで調整し、重量より厚さを計算で求
めた。また、化学蒸着によるセラミックス成分へのNi
の被覆はNi(CO)4 を原料に用いた熱CVD法を用
いた。被覆されたNiの厚さは重量より計算で求めた。
Niを被覆したセラミックスは大気中1000℃で2時
間加熱した後、1400℃で2時間保持しNiを酸化し
NiOとした。この時点でNiを被覆したセラミックス
はNiOを被覆したセラミックスになる。次いで、水中
にNiOを被覆したセラミックス基材を分散させスラリ
ー化した。スラリーは分散剤としてポリカルボン酸アン
モニウムを用い、添加量は0.5wt%を標準にした。
また、スラリーの粉体濃度は55wt%を標準とした。
厚さ200μmの8mol%Y2 O3 −ZrO2 質固体
電解質を、上記要領にて調整したスラリーに浸漬し、N
iOを被覆したセラミックスを該固体電解質上に積層し
た。次に、NiOを被覆したセラミックスを積層した厚
さ300μmの8mol%Y2 O3 −ZrO2 質固体電
解質を、大気中にて1400℃で2時間加熱し、該固体
電解質にNiOを被覆したセラミックスを焼き付け燃料
極とした。
Y2 O3 −ZrO2 、10vol%MgAl2 O4 −9
0vol%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )、50v
ol%MgAl2 O4 −50vol%(8mol%Y2
O3 −ZrO2 )、90vol%MgAl2 O4 −10
vol%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )及びMgA
l2 O4 を用いた。セラミックス成分の粒径は半径10
μmを主に用い、他に半径1μm、5μm、15μmの
材料を用いた。セラミックス成分へのNiの被覆は2%
B−Niの無電解鍍金法により行い、Ni層の厚さは鍍
金時間を変えることで調整し、重量より厚さを計算で求
めた。また、化学蒸着によるセラミックス成分へのNi
の被覆はNi(CO)4 を原料に用いた熱CVD法を用
いた。被覆されたNiの厚さは重量より計算で求めた。
Niを被覆したセラミックスは大気中1000℃で2時
間加熱した後、1400℃で2時間保持しNiを酸化し
NiOとした。この時点でNiを被覆したセラミックス
はNiOを被覆したセラミックスになる。次いで、水中
にNiOを被覆したセラミックス基材を分散させスラリ
ー化した。スラリーは分散剤としてポリカルボン酸アン
モニウムを用い、添加量は0.5wt%を標準にした。
また、スラリーの粉体濃度は55wt%を標準とした。
厚さ200μmの8mol%Y2 O3 −ZrO2 質固体
電解質を、上記要領にて調整したスラリーに浸漬し、N
iOを被覆したセラミックスを該固体電解質上に積層し
た。次に、NiOを被覆したセラミックスを積層した厚
さ300μmの8mol%Y2 O3 −ZrO2 質固体電
解質を、大気中にて1400℃で2時間加熱し、該固体
電解質にNiOを被覆したセラミックスを焼き付け燃料
極とした。
【0012】このようにして作成した燃料極を、100
0℃の還元雰囲気中にてNiOをNiに還元し、電気導
電性を調査した。また、室温から1000℃に加熱し1
000℃で2時間保持し、再度室温まで冷却することで
燃料電極に熱サイクルを加えた。熱サイクルは100回
加え、電解質の損傷と、Niを被覆したセラミックスが
電解質からの剥離状況を目視にて観察した。さらに、燃
料電池として用いた際の過電圧を一部の試料にて調査し
た。本発明の材料と従来材料として平均粒径0.4μm
の8mol%Y2 O3 −ZrO2 と平均粒径0.3μm
のNiOを本試験と同様の手順にてスラリー化した材料
を用いて成膜した結果も併せて表1に示す。従来材料の
体積分率は40,60,80である。表1より、燃料極
のセラミックス粒子は半径30μm未満の場合が良好で
あり、30μm以上では過電圧が上昇し燃料極として不
適である。また、被覆するNiの厚みはNiの体積分率
が11%以下の場合には導電率が低くなり、燃料極とし
て用いた場合には抵抗が大きくなる。また、Niの体積
分率が83%を越えると、固体電解質が破損し剥離も生
じる。そこで、Niの厚さはNiの体積分率で11%よ
り大きく83%未満の領域で良好な結果が得られる。ま
た、燃料極のセラミックス成分として8mol%Y2 O
3 −ZrO2 、10vol%MgAl2 O4 −90vo
l%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )、50vol%
MgAl2 O4 −50vol%(8mol%Y2 O3 −
ZrO2 )、90vol%MgAl2 O4 −10vol
%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )及びMgAl2 O
4 を用いた場合においても良好な結果であった。さら
に、従来材料との比較においても、本発明の方法を用い
ればNi比率を低くしても導電性が高く、さらに燃料極
の過電圧を低くできる。
0℃の還元雰囲気中にてNiOをNiに還元し、電気導
電性を調査した。また、室温から1000℃に加熱し1
000℃で2時間保持し、再度室温まで冷却することで
燃料電極に熱サイクルを加えた。熱サイクルは100回
加え、電解質の損傷と、Niを被覆したセラミックスが
電解質からの剥離状況を目視にて観察した。さらに、燃
料電池として用いた際の過電圧を一部の試料にて調査し
た。本発明の材料と従来材料として平均粒径0.4μm
の8mol%Y2 O3 −ZrO2 と平均粒径0.3μm
のNiOを本試験と同様の手順にてスラリー化した材料
を用いて成膜した結果も併せて表1に示す。従来材料の
体積分率は40,60,80である。表1より、燃料極
のセラミックス粒子は半径30μm未満の場合が良好で
あり、30μm以上では過電圧が上昇し燃料極として不
適である。また、被覆するNiの厚みはNiの体積分率
が11%以下の場合には導電率が低くなり、燃料極とし
て用いた場合には抵抗が大きくなる。また、Niの体積
分率が83%を越えると、固体電解質が破損し剥離も生
じる。そこで、Niの厚さはNiの体積分率で11%よ
り大きく83%未満の領域で良好な結果が得られる。ま
た、燃料極のセラミックス成分として8mol%Y2 O
3 −ZrO2 、10vol%MgAl2 O4 −90vo
l%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )、50vol%
MgAl2 O4 −50vol%(8mol%Y2 O3 −
ZrO2 )、90vol%MgAl2 O4 −10vol
%(8mol%Y2 O3 −ZrO2 )及びMgAl2 O
4 を用いた場合においても良好な結果であった。さら
に、従来材料との比較においても、本発明の方法を用い
ればNi比率を低くしても導電性が高く、さらに燃料極
の過電圧を低くできる。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】
【表3】
【0016】
【表4】
【0017】
【発明の効果】本発明により、固体電解質燃料電池や高
温水蒸気電解装置の電解セル用の燃料極として、固体電
解質との剥離や固体電解質の破損を起こさず、抵抗の低
い燃料極を提供できる。
温水蒸気電解装置の電解セル用の燃料極として、固体電
解質との剥離や固体電解質の破損を起こさず、抵抗の低
い燃料極を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 晃弘 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 山内 康弘 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内
Claims (1)
- 【請求項1】 半径30μm未満のセラミックス粒子
に、11%以上83%未満の体積分率のNiを被覆して
なる燃料極材料を固体電解質表面に成膜してなることを
特徴とする固体電解質型電解セル燃料極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5244316A JPH07105954A (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 固体電解質型電解セル燃料極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5244316A JPH07105954A (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 固体電解質型電解セル燃料極 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07105954A true JPH07105954A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17116915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5244316A Withdrawn JPH07105954A (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 固体電解質型電解セル燃料極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07105954A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999059936A1 (fr) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Lame ceramique poreuse, procede de production et support d'enfournement utilisable dans ce procede |
WO2012157748A1 (ja) * | 2011-05-18 | 2012-11-22 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セル及び固体酸化物形燃料電池セルの製造方法 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP5244316A patent/JPH07105954A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999059936A1 (fr) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Lame ceramique poreuse, procede de production et support d'enfournement utilisable dans ce procede |
AU731430B2 (en) * | 1998-05-20 | 2001-03-29 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Porous ceramic sheet, process for producing the same, and setter for use in the process |
US6344426B1 (en) | 1998-05-20 | 2002-02-05 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Porous ceramic sheet, process for producing the same, and setter for use in the process |
WO2012157748A1 (ja) * | 2011-05-18 | 2012-11-22 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セル及び固体酸化物形燃料電池セルの製造方法 |
JP5858249B2 (ja) * | 2011-05-18 | 2016-02-10 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セル及び固体酸化物形燃料電池セルの製造方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001226 |