JPH0963603A - 固体燃料電池用多層型固体電解質 - Google Patents
固体燃料電池用多層型固体電解質Info
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- JPH0963603A JPH0963603A JP7239009A JP23900995A JPH0963603A JP H0963603 A JPH0963603 A JP H0963603A JP 7239009 A JP7239009 A JP 7239009A JP 23900995 A JP23900995 A JP 23900995A JP H0963603 A JPH0963603 A JP H0963603A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械的強度やコストの面で優れた組成の材料
を電解質の主な構成材とし、これが電極と接する表面の
みに薄くイオン伝導度の高い層を設けることにより機械
的強度の低下や材料コストの上昇をほとんど伴わずに固
体電解質内の発電損失の改善を行うことを目的とする。 【解決手段】 希土類を添加したジルコニア系固体電解
質において、イオン電導率の高いイオン伝導層とイオン
電導率の低い支持層とからなり、高イオン伝導層の層厚
が０．０３ミクロンから５０ミクロンで、高イオン伝導
層が電解質の燃料電極側、または空気電極側の何れか一
方もしくは、両方の表層に設けられていることを特徴と
する。 【効果】高エネルギー密度で、かつ充放電容量が大き
く、しかも安全性が確保され、サイクル寿命が長いリチ
ウム二次電池を得ることができるという優れた効果を有
する。
を電解質の主な構成材とし、これが電極と接する表面の
みに薄くイオン伝導度の高い層を設けることにより機械
的強度の低下や材料コストの上昇をほとんど伴わずに固
体電解質内の発電損失の改善を行うことを目的とする。 【解決手段】 希土類を添加したジルコニア系固体電解
質において、イオン電導率の高いイオン伝導層とイオン
電導率の低い支持層とからなり、高イオン伝導層の層厚
が０．０３ミクロンから５０ミクロンで、高イオン伝導
層が電解質の燃料電極側、または空気電極側の何れか一
方もしくは、両方の表層に設けられていることを特徴と
する。 【効果】高エネルギー密度で、かつ充放電容量が大き
く、しかも安全性が確保され、サイクル寿命が長いリチ
ウム二次電池を得ることができるという優れた効果を有
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はイオン伝導体及び固体燃
料電池用固体電解質に関するものである。
料電池用固体電解質に関するものである。
【０００２】
【従来技術および問題点】近年、酸素イオン伝導体を用
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持っている。
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持っている。
【０００３】固体電解質燃料電池の電解質は、内部をイ
オンが流れるときに直流抵抗損を低く抑える必要から、
高いイオン伝導度が求められる。このほかに、燃料電池
の運転と休止に伴う温度変化から生じる熱応力に対し、
充分な強度を保つことが必要である。このほかに、製造
コストを抑えるために、原材料に安価な材料を使用する
必要がある。
オンが流れるときに直流抵抗損を低く抑える必要から、
高いイオン伝導度が求められる。このほかに、燃料電池
の運転と休止に伴う温度変化から生じる熱応力に対し、
充分な強度を保つことが必要である。このほかに、製造
コストを抑えるために、原材料に安価な材料を使用する
必要がある。
【０００４】従来最も有望視されてきた酸素イオン導伝
体には、Ｙ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、Ｓｃ2Ｏ3−
Ａｌ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2（ＳＡＩＳＺ）等がある。これ
らは、ジルコニアをベースにし、これに希土類元素等を
添加しイオン導伝性を発現させた固体電解質である。こ
れらの材料は酸素イオン輸率が１００％（電子伝導性が
ない）でかつ比較的低温で焼成しても緻密なものが得ら
れるため、最も有望と考えられる。
体には、Ｙ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、Ｓｃ2Ｏ3−
Ａｌ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2（ＳＡＩＳＺ）等がある。これ
らは、ジルコニアをベースにし、これに希土類元素等を
添加しイオン導伝性を発現させた固体電解質である。こ
れらの材料は酸素イオン輸率が１００％（電子伝導性が
ない）でかつ比較的低温で焼成しても緻密なものが得ら
れるため、最も有望と考えられる。
【０００５】この中で最も良く検討されているものがＹ
2Ｏ3安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）である。この系において
組成が０．９２ＺｒＯ2−０．０８Ｙ2Ｏ3付近の場合、
電気伝導度が最も高い組成であることが知られている。
一方、機械的強度が最も高い組成は、０．９７ＺｒＯ2
−０．０３Ｙ2Ｏ3であるが、伝導度は比較的劣る。ま
た、Ｙ2Ｏ3の代わりにＳｃ2Ｏ3を用いた場合、（１−ｘ
−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０７０
＜ｘ＋ｙ＜０．１６０かつ０．０００＜ｘ＜０．０２
０）、ジルコニア系の中で最も高いイオン伝導度を示
す。しかし、ここで添加物として用いる材料（Ｓｃ
2Ｏ3）は、非常に高価なため、多量に使用すると製造コ
ストを低く抑えることが難しい。このようにジルコニア
系固体電解質においても、一つの材料で全ての要求を満
足することは難しい。
2Ｏ3安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）である。この系において
組成が０．９２ＺｒＯ2−０．０８Ｙ2Ｏ3付近の場合、
電気伝導度が最も高い組成であることが知られている。
一方、機械的強度が最も高い組成は、０．９７ＺｒＯ2
−０．０３Ｙ2Ｏ3であるが、伝導度は比較的劣る。ま
た、Ｙ2Ｏ3の代わりにＳｃ2Ｏ3を用いた場合、（１−ｘ
−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０７０
＜ｘ＋ｙ＜０．１６０かつ０．０００＜ｘ＜０．０２
０）、ジルコニア系の中で最も高いイオン伝導度を示
す。しかし、ここで添加物として用いる材料（Ｓｃ
2Ｏ3）は、非常に高価なため、多量に使用すると製造コ
ストを低く抑えることが難しい。このようにジルコニア
系固体電解質においても、一つの材料で全ての要求を満
足することは難しい。
【０００６】
【発明の目的】本発明は機械的強度やコストの面で優れ
た組成の材料を電解質の主な構成材とし、これが電極と
接する表面のみに薄くイオン伝導度の高い層を設けるこ
とにより機械的強度の低下や材料コストの上昇をほとん
ど伴わずに固体電解質内の発電損失の改善を行うことを
目的とする。
た組成の材料を電解質の主な構成材とし、これが電極と
接する表面のみに薄くイオン伝導度の高い層を設けるこ
とにより機械的強度の低下や材料コストの上昇をほとん
ど伴わずに固体電解質内の発電損失の改善を行うことを
目的とする。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
ため、本発明による固体燃料電池用多層型固体電解質は
希土類を添加したジルコニア系固体電解質において、イ
オン電導率の高いイオン伝導層とイオン電導率の低い支
持層とからなり、高イオン伝導層の層厚が０．０３ミク
ロンから５０ミクロンで、高イオン伝導層が電解質の燃
料極側、または空気極側の何れか一方もしくは、両方の
表層に設けられていることを特徴とする。
ため、本発明による固体燃料電池用多層型固体電解質は
希土類を添加したジルコニア系固体電解質において、イ
オン電導率の高いイオン伝導層とイオン電導率の低い支
持層とからなり、高イオン伝導層の層厚が０．０３ミク
ロンから５０ミクロンで、高イオン伝導層が電解質の燃
料極側、または空気極側の何れか一方もしくは、両方の
表層に設けられていることを特徴とする。
【０００８】本発明は図１に示すごとく酸素電極１、燃
料電極２と接する面において、イオン伝導度の高い０．
９２ＺｒＯ2−０．０８Ｙ2Ｏ3または（１−ｘ−ｙ）Ｚ
ｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０７０＜ｘ＋ｙ
＜０．１６０かつ０．０００＜ｘ＜０．０２０）等の高
イオン伝導層３を設け、これ以外の部分には、イオン伝
導度は比較的低いが、機械的強度やコストの面で優れた
他の組成の支持層４を用いる。
料電極２と接する面において、イオン伝導度の高い０．
９２ＺｒＯ2−０．０８Ｙ2Ｏ3または（１−ｘ−ｙ）Ｚ
ｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０７０＜ｘ＋ｙ
＜０．１６０かつ０．０００＜ｘ＜０．０２０）等の高
イオン伝導層３を設け、これ以外の部分には、イオン伝
導度は比較的低いが、機械的強度やコストの面で優れた
他の組成の支持層４を用いる。
【０００９】ここで、高イオン伝導層３の厚みは、これ
が接する電極１、２材の粒径と同程度かそれ以下である
が少なくとも良好な膜質を得るには０．０３ミクロン以
上の膜厚を必要とする。電極材の粒径は作製プロセスに
より異なるが、通常平均粒径が、０．２から５０ミクロ
ンの間であるので、高イオン伝導層の厚みも０．０２ミ
クロン以上は必要である。粒径により０．０２ミクロン
から５０ミクロン程度となる。しかし良好な膜質を得る
ために高イオン伝導層３の膜厚の下限は、０．０３ミク
ロンとなる。また、支持層４は、１から２００ミクロン
程度となる。支持層、高イオン伝導層ともに、層厚が２
０から２００ミクロン程度までならテープキャスティン
グ法、ドクターブレード法、ディッピング法、ＥＶＤ法
で作製可能である。１０ミクロン以下では、ディッピン
グ法、ＥＶＤ法、そして、ＲＦスパッタリング法等で作
製可能である。
が接する電極１、２材の粒径と同程度かそれ以下である
が少なくとも良好な膜質を得るには０．０３ミクロン以
上の膜厚を必要とする。電極材の粒径は作製プロセスに
より異なるが、通常平均粒径が、０．２から５０ミクロ
ンの間であるので、高イオン伝導層の厚みも０．０２ミ
クロン以上は必要である。粒径により０．０２ミクロン
から５０ミクロン程度となる。しかし良好な膜質を得る
ために高イオン伝導層３の膜厚の下限は、０．０３ミク
ロンとなる。また、支持層４は、１から２００ミクロン
程度となる。支持層、高イオン伝導層ともに、層厚が２
０から２００ミクロン程度までならテープキャスティン
グ法、ドクターブレード法、ディッピング法、ＥＶＤ法
で作製可能である。１０ミクロン以下では、ディッピン
グ法、ＥＶＤ法、そして、ＲＦスパッタリング法等で作
製可能である。
【００１０】
【作用】図２に示すように、燃料電池において不可欠な
電気化学反応（空気電極の場合Ｏ2→２Ｏ，２Ｏ＋４ｅ-
→２Ｏ2-）は、反応ガスと電流を供給する電極、そし
て、イオンを運ぶ電解質が同時に接する三相界面におい
て行われている。図２において、５は電極の微粒子であ
る。
電気化学反応（空気電極の場合Ｏ2→２Ｏ，２Ｏ＋４ｅ-
→２Ｏ2-）は、反応ガスと電流を供給する電極、そし
て、イオンを運ぶ電解質が同時に接する三相界面におい
て行われている。図２において、５は電極の微粒子であ
る。
【００１１】ここで、電解質に接する電極材料は、電極
と電解質の界面まで、反応ガスを十分に導くため多孔質
にしておく必要がある。このため電極材はある程度粒径
の大きな材料で構成されなければならない。図７に示す
ように固体電解質６の両側に直接酸素電極１および燃料
電極２を設けている場合、このようにして作られたイオ
ンは、図８に示すように電解質４の内部をイオン電流と
して流れていく。この場合イオン電流は、三相界面を源
として流れるため、この付近に集中する傾向にある。こ
の電流の集中は、電極材の粒径が大きいほど顕著にな
り、電流の集中が電解質の内部まで深く残る。そして、
この電流の集中は、導体の実質的な断面積の減少を意味
し、この部分において大きな電圧降下をもたらし、電解
質内での発電損失の大きな原因となっている。
と電解質の界面まで、反応ガスを十分に導くため多孔質
にしておく必要がある。このため電極材はある程度粒径
の大きな材料で構成されなければならない。図７に示す
ように固体電解質６の両側に直接酸素電極１および燃料
電極２を設けている場合、このようにして作られたイオ
ンは、図８に示すように電解質４の内部をイオン電流と
して流れていく。この場合イオン電流は、三相界面を源
として流れるため、この付近に集中する傾向にある。こ
の電流の集中は、電極材の粒径が大きいほど顕著にな
り、電流の集中が電解質の内部まで深く残る。そして、
この電流の集中は、導体の実質的な断面積の減少を意味
し、この部分において大きな電圧降下をもたらし、電解
質内での発電損失の大きな原因となっている。
【００１２】以上の理由により、界面付近のイオン伝導
度は、セル特性に大きな影響を及ぼす。特に電解質全体
の厚みが薄い場合においては、界面付近の電圧降下が電
解質内での電圧降下の主要な部分となる。
度は、セル特性に大きな影響を及ぼす。特に電解質全体
の厚みが薄い場合においては、界面付近の電圧降下が電
解質内での電圧降下の主要な部分となる。
【００１３】もし、上記のイオン電流の集中する界面付
近をイオン導電性の高い材料３に代えた多層型固体電解
質（高イオン伝導層＋支持層）にした場合、この部分に
おける電圧降下が改善される。これと同時に、高イオン
伝導層３内で電流の集中が緩和され易くなり（電流分布
が均一になりやすい）、支持層４内の電流の集中は軽減
される。これを図４に模式的に示した。このため、表面
にごく薄い高イオン伝導層を設けるだけで、電解質内で
の電圧降下を軽減することができる。また、これ以外の
電解質全体の厚みの主要な部分には、伝導度が劣るもの
の機械的強度や材料コストの面で優れたイオン伝導体を
用いる。この結果、機械的強度の低下や材料コストの上
昇をほとんど伴わずに固体電解質内の発電損失の改善を
行うことができる。
近をイオン導電性の高い材料３に代えた多層型固体電解
質（高イオン伝導層＋支持層）にした場合、この部分に
おける電圧降下が改善される。これと同時に、高イオン
伝導層３内で電流の集中が緩和され易くなり（電流分布
が均一になりやすい）、支持層４内の電流の集中は軽減
される。これを図４に模式的に示した。このため、表面
にごく薄い高イオン伝導層を設けるだけで、電解質内で
の電圧降下を軽減することができる。また、これ以外の
電解質全体の厚みの主要な部分には、伝導度が劣るもの
の機械的強度や材料コストの面で優れたイオン伝導体を
用いる。この結果、機械的強度の低下や材料コストの上
昇をほとんど伴わずに固体電解質内の発電損失の改善を
行うことができる。
【００１４】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。なお、当
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
【００１５】
【実施例１】図５、図６は本発明の材料を用いた単セル
の固体燃料電池の構成例を示す図である。図５は平面
図、図６は断面図である。本実施例の電池構成におい
て、１は酸素電極、２は燃料電極、３は高イオン伝導
層、４は支持層、７は集電用の白金メッシュ、８は白金
ペーストの参照極、９はアルミナ管である（高イオン伝
導層３＋支持層４で固体電解質が構成される）。酸素電
極としてはＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を、燃料電極にはＮ
ｉ−（０．９２ＺｒＯ2−０．０８Ｙ2Ｏ3）を用いた。
集電用の白金メッシュは１６ｍｍφであった。セルの有
効面積は、電極の面積に等しく約２ｃｍ2である。単セ
ルの作成方法は次のとおりである。
の固体燃料電池の構成例を示す図である。図５は平面
図、図６は断面図である。本実施例の電池構成におい
て、１は酸素電極、２は燃料電極、３は高イオン伝導
層、４は支持層、７は集電用の白金メッシュ、８は白金
ペーストの参照極、９はアルミナ管である（高イオン伝
導層３＋支持層４で固体電解質が構成される）。酸素電
極としてはＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を、燃料電極にはＮ
ｉ−（０．９２ＺｒＯ2−０．０８Ｙ2Ｏ3）を用いた。
集電用の白金メッシュは１６ｍｍφであった。セルの有
効面積は、電極の面積に等しく約２ｃｍ2である。単セ
ルの作成方法は次のとおりである。
【００１６】まず、組成が０．９７ＺｒＯ2−０．０３
Ｙ2Ｏ3の微粉末を通常の固相反応により合成し、ドクタ
ーブレード法によりセラミックス薄膜を形成し１２００
℃で焼き上げる。約１００ミクロンに焼成されたこの板
は、固体電解質のうち支持層４にあたる部分である。さ
らにこの板の両面にディッピング法により組成が０．８
８ＺｒＯ2−０．１１５Ｓｃ2Ｏ3−０．００５Ａｌ2Ｏ3
の層を積層し、１１００℃で燒結させ、両面に各々５．
０ミクロンの高イオン伝導層を設けた。そして約２００
ミクロン厚の燃料電極Ｎｉ−ＹＳＺおよび空気電極Ｌａ
0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を片面ずつ上記の固体電解質板の上
に１１００℃で焼き付けた。
Ｙ2Ｏ3の微粉末を通常の固相反応により合成し、ドクタ
ーブレード法によりセラミックス薄膜を形成し１２００
℃で焼き上げる。約１００ミクロンに焼成されたこの板
は、固体電解質のうち支持層４にあたる部分である。さ
らにこの板の両面にディッピング法により組成が０．８
８ＺｒＯ2−０．１１５Ｓｃ2Ｏ3−０．００５Ａｌ2Ｏ3
の層を積層し、１１００℃で燒結させ、両面に各々５．
０ミクロンの高イオン伝導層を設けた。そして約２００
ミクロン厚の燃料電極Ｎｉ−ＹＳＺおよび空気電極Ｌａ
0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を片面ずつ上記の固体電解質板の上
に１１００℃で焼き付けた。
【００１７】本実施例の効果を図７の測定例で示す。こ
れは、上記の要領で作られた”セル＃１”について８０
０℃で測定した単セルの電流（電流密度）−電圧特性で
ある。比較のために従来構造の電解質を用いた”セル＃
０”も同じ条件で測定した。これも図７に示してある。
ここで燃料極、酸素極にはそれぞれＨ2、Ｏ2、ガスを用
いている。図から明らかなように、本実施例は従来例よ
り良好な電池特性すなわち電流−電圧特性が得られた。
同様にして本発明の材料を多層型固体電解質を片面だけ
に用いた場合でも、”セル＃２”、”セル＃３”のよう
に、その電池特性はすべて従来例より良好であった。こ
れらを表１に示す。
れは、上記の要領で作られた”セル＃１”について８０
０℃で測定した単セルの電流（電流密度）−電圧特性で
ある。比較のために従来構造の電解質を用いた”セル＃
０”も同じ条件で測定した。これも図７に示してある。
ここで燃料極、酸素極にはそれぞれＨ2、Ｏ2、ガスを用
いている。図から明らかなように、本実施例は従来例よ
り良好な電池特性すなわち電流−電圧特性が得られた。
同様にして本発明の材料を多層型固体電解質を片面だけ
に用いた場合でも、”セル＃２”、”セル＃３”のよう
に、その電池特性はすべて従来例より良好であった。こ
れらを表１に示す。
【００１８】表１ 電解質及び電極の構成が／酸素電極／”層＃１”／”層
＃２”／”層＃３”／燃料電極／の多層となっている場
合の単セルにおける出力電流。単セルは、酸素電極（Ｌ
ａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3）／電解質／燃料電極（Ｎｉ−Ｙ
ＳＺ）とした。 *セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃において測定）。
＃２”／”層＃３”／燃料電極／の多層となっている場
合の単セルにおける出力電流。単セルは、酸素電極（Ｌ
ａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3）／電解質／燃料電極（Ｎｉ−Ｙ
ＳＺ）とした。 *セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃において測定）。
【００１９】
【実施例２】実施例１と同様の構成でかつ高イオン伝導
層の厚みのみを変えたセルを作りその電流電圧特性を測
定した。表２に示すように、高イオン伝導層の層厚だけ
を０．５ミクロンまで変化させた。いずれも従来の”セ
ル＃０”（表１参照）よりも良好な特性が得られた。
層の厚みのみを変えたセルを作りその電流電圧特性を測
定した。表２に示すように、高イオン伝導層の層厚だけ
を０．５ミクロンまで変化させた。いずれも従来の”セ
ル＃０”（表１参照）よりも良好な特性が得られた。
【００２０】表２ 単セルにおける出力電流の高イオン伝導層厚依存性 固体電解質として”セル＃１”の構成で高イオン伝導層
厚だけ変えた。 *セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃
において測定）。
厚だけ変えた。 *セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃
において測定）。
【００２１】
【実施例３】実施例１と同様の構成でかつ支持層の厚み
のみを変えたセルを作りその電流電圧特性を測定した。
表３に示すように、支持層の層厚だけを５０ミクロンか
ら１５０ミクロンまで変化させた。いずれも従来の”セ
ル＃０”（表１参照）よりも良好な特性が得られた。
のみを変えたセルを作りその電流電圧特性を測定した。
表３に示すように、支持層の層厚だけを５０ミクロンか
ら１５０ミクロンまで変化させた。いずれも従来の”セ
ル＃０”（表１参照）よりも良好な特性が得られた。
【００２２】表３ 単セルにおける出力電流の支持層厚依存性 固体電解質として”セル＃１”の構成で支持層厚だけ変
えた。 セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃に
おいて測定）。
えた。 セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃に
おいて測定）。
【００２３】
【実施例４】実施例１と同様の構成でかつ高イオン伝導
層の組成のみを変えたセルを作りその電流電圧特性を測
定した。この結果を表４に示す。いずれも従来の”セル
＃０”（表１参照）よりも良好な特性が得られた。
層の組成のみを変えたセルを作りその電流電圧特性を測
定した。この結果を表４に示す。いずれも従来の”セル
＃０”（表１参照）よりも良好な特性が得られた。
【００２４】表４ 単セルにおける出力電流の高イオン伝導層組成依存性 固体電解質として”セル＃１”の構成で高イオン伝導層
組成だけ変えた。 セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃において測定）。
組成だけ変えた。 セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃において測定）。
【００２５】
【実施例５】実施例１と同様の構成でかつ支持層組成の
みを変えたセルを作りその電流電圧特性を測定した。こ
の結果を表５に示す。いずれも従来の”セル＃０”（表
１参照）よりも良好な特性が得られた。
みを変えたセルを作りその電流電圧特性を測定した。こ
の結果を表５に示す。いずれも従来の”セル＃０”（表
１参照）よりも良好な特性が得られた。
【００２６】表５ 単セルにおける出力電流の支持層組成依存性 固体電解質として”セル＃１”の構成で支持層組成だけ
変えた。 セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃において測定）。
変えた。 セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃において測定）。
【００２７】表６ 単セルにおける出力電流の支持層組成依存性 固体電解質として”セル＃０”の構成で支持層組成だけ
変えた。（従来型セルで高イオン伝導層がない） セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃において測定）。
変えた。（従来型セルで高イオン伝導層がない） セルの出力電圧が０．２Ｖのときの電流値（８００℃において測定）。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、機械的強度やコス
トの面で優れた組成の材料を電解質の主な構成材料と
し、これが電極と接する表面にのみ薄くイオン伝導度の
高い層を設けることにより機械的強度の低下や材料コス
トの上昇をほとんど伴わずに固体電解質内の発電損失の
改善を行うことができる。
トの面で優れた組成の材料を電解質の主な構成材料と
し、これが電極と接する表面にのみ薄くイオン伝導度の
高い層を設けることにより機械的強度の低下や材料コス
トの上昇をほとんど伴わずに固体電解質内の発電損失の
改善を行うことができる。
【図１】本発明の電解質の構成図。
【図２】三相界面において行われている電気化学的反応
過程の模式図。
過程の模式図。
【図３】高イオン伝導層を付加した場合の電解質内のイ
オン電流分布の模式図。
オン電流分布の模式図。
【図４】単セルの構成模式図。
【図５】単セルの構成模式図。
【図６】”セル＃０”及び”セル＃１”の電流−電圧特
性図。
性図。
【図７】従来の電解質の構成図。
【図８】従来の電解質内のイオン電流分布の模式図。
１ 酸素電極 ２ 燃料電極 ３ 高イオン伝導層 ４ 支持層 ５ 電極の微粒子 ６ 従来の固体電解質 ７ 集電用の白金メッシュ ８ 参照極 ９ アルミナ管
Claims (6)
- 【請求項１】希土類を添加したジルコニア系固体電解質
において、イオン電導率の高いイオン伝導層とイオン電
導率の低い支持層とからなり、高イオン伝導層の層厚が
０．０３ミクロンから５０ミクロンで、高イオン伝導層
が電解質の燃料極側、または空気極側の何れか一方もし
くは、両方の表層に設けられていることを特徴とする固
体燃料電池用多層型固体電解質。 - 【請求項２】請求項１の高イオン伝導層に（１−ｘ−
ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０７０＜
ｘ＋ｙ＜０．１６０かつ０．００５＜ｙ＜０．０２０）
なる組成を有するイオン伝導体を用い、支持層に（１−
ｘ）ＺｒＯ2−ｘＹ2Ｏ3（０．０２５＜ｘ＜０．０４
０）を用いることを特徴とする固体燃料電池。 - 【請求項３】請求項１の高イオン伝導層に（１−ｘ−
ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＤ2Ｏ3（Ｄ＝Ｙｂまたは
Ｌｕで、かつ０．０７０＜ｘ＋ｙ＜０．２２０かつ０．
０１５＜ｙ＜０．０６０）なる組成を有するイオン伝導
体を用い、支持層に（１−ｘ）ＺｒＯ2−ｘＹ2Ｏ
3（０．０２５＜ｘ＜０．０４０）を用いることを特徴
とする固体燃料電池用多層型固体電解質。 - 【請求項４】請求項１の高イオン伝導層に（１−ｘ−
ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3（０．０７０＜ｘ＋ｙ＜０．
１６０かつ０．００５＜ｙ＜０．０２０）なる組成を有
するイオン伝導体を用い、支持層に（１−ｘ）ＺｒＯ2
−ｘＹ2Ｏ3（０．０７０＜ｘ＜０．１１０）を用いるこ
とを特徴とする固体燃料電池用多層型固体電解質。 - 【請求項５】請求項１の高イオン伝導層に（１−ｘ−
ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＤ2Ｏ3（Ｄ＝Ｙｂまたは
Ｌｕで、かつ０．０７０＜ｘ＋ｙ＜０．２２０かつ０．
０１５＜ｙ＜０．０６０）なる組成を有するイオン伝導
体を用い、支持層に（１−ｘ）ＺｒＯ2−ｘＹ2Ｏ
3（０．０７０＜ｘ＜０．１１０）を用いることを特徴
とする固体燃料電池用多層型固体電解質。 - 【請求項６】請求項１の高イオン伝導層に（１−ｘ）Ｚ
ｒＯ2−ｘＹ2Ｏ3（０．０７０＜ｘ＜０．１１０）なる
組成を有する伝導体を用い、支持層に（１−ｘ）ＺｒＯ
2−ｘＹ2Ｏ3（０．０２５＜ｘ＜０．０４０）を用いた
ことを特徴とする固体燃料電池用多層型固体電解質。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP23900995A JP3259756B2 (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 固体燃料電池用多層型固体電解質 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23900995A JP3259756B2 (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 固体燃料電池用多層型固体電解質 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963603A true JPH0963603A (ja) | 1997-03-07 |
| JP3259756B2 JP3259756B2 (ja) | 2002-02-25 |
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ID=17038544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23900995A Expired - Fee Related JP3259756B2 (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 固体燃料電池用多層型固体電解質 |
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004303713A (ja) * | 2002-09-13 | 2004-10-28 | Toto Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| US6849354B2 (en) * | 2000-07-04 | 2005-02-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell having perovskite solid electrolytes |
| US6893760B2 (en) | 2001-01-17 | 2005-05-17 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| JP2007516569A (ja) * | 2003-07-15 | 2007-06-21 | ロールス・ロイス・ピーエルシー | 固体酸化物燃料電池 |
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| WO2015004237A1 (en) * | 2013-07-10 | 2015-01-15 | Danmarks Tekniske Universitet | Stabilized thin film heterostructure for electrochemical applications |
-
1995
- 1995-08-25 JP JP23900995A patent/JP3259756B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US9666892B2 (en) | 2013-06-27 | 2017-05-30 | Kyocera Corporation | Cell, cell stack device, module, and module housing device |
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