固体電解質を用いた素子
【目的】 固体電解質を用いた素子、特に燃料電極の構成に関する。
【構成】 多孔性支持体の表面に燃料電極、固体電解質、空気電極で構成されてなる固体電解質を用いた素子において、燃料電極を２層構造として、下層部に酸化ニッケルを、上層部に酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を形成してなる固体電解質を用いた素子。
【構成】 多孔性支持体の表面に燃料電極、固体電解質、空気電極で構成されてなる固体電解質を用いた素子において、燃料電極を２層構造として、下層部に酸化ニッケルを、上層部に酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を形成してなる固体電解質を用いた素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は空気等の酸化性ガスと水素や炭化水素ガス等の還元性ガスを原料ガスとして発電する固体電解質燃料電池、水蒸気電解による水素、酸素の製造装置などの固体電解質を用いた素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質を用いた素子の従来の構造を図２によって説明する。図２は素子の断面図であり、６は多孔性支持体、７は燃料電極、８は固体電解質、９は空気電極である。従来の構造では燃料電極７は単層構造で酸化ニッケルもしくは酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を原料として形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の構造では、前記したように燃料電極を単層構造とし、酸化ニッケルもしくは酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を原料として形成されていたが、燃料電極に酸化ニッケルを用いた場合は発電作動時に酸化ニッケルは還元されてニッケルとなり導電性の高い集電体となるが、ニッケルは経時的に凝集して活性度が低下し固体電解質との界面抵抗が高くなる。一方燃料電極に酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を用いた場合は電極としての触媒機能を高めることができるがニッケルに比べ導電性が低い。
【０００４】本発明は上記技術水準に鑑み、燃料電極として優れた集電機能と電極機能の双方を備えた固体電解質を用いた素子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】本発明は多孔性支持体の表面に燃料電極、固体電解質、空気電極で構成されてなる固体電解質を用いた素子において、燃料電極を２層構造として下層部に酸化ニッケルを上層部に酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を形成してなることを特徴とする固体電解質を用いた素子である。
【０００６】本発明における燃料電極の上層部に使用される酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物（混合物）の配合比は一般的に酸化ニッケル比で３０〜７０％の範囲で使用される。
【０００７】
【作用】下層部を酸化ニッケル、上層部を酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物で形成し２層構造とした燃料電極は、発電作動時に原料ガスの還元性ガスで還元され、下層部はニッケル、上層部はニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物となる。固体電解質側のニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物はニッケル粒子の界面が増加し、固体電解質との接触点が増え、界面活性度が向上して固体電解質と燃料電極界面の抵抗が低下する。しかしニッケル中にイットリア安定化ジルコニアが存在するのでニッケルより抵抗が高い。一方、下層のニッケルは抵抗が低く集電体の役を果たす。このように２層構造にすることにより、電極機能と集電機能の両者を兼備えた燃料電極が実現される。
【０００８】
【実施例】本発明の一実施例を図１によって説明する。図１は本発明の一実施例に係る固体電解質を用いた素子の構造を示す断面図である。図１において１はアルミナ管、２は酸化ニッケル、３は酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物（酸化ニッケル：イットリア安定化ジルコニア＝５０：５０）、４は固体電解質であるイットリア安定化ジルコニア、５は空気極であるランタンコバルト複合酸化物である。
【０００９】この実施例では、多孔性支持体のアルミナ管１の表面に酸化ニッケル２の層を形成し、さらに酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物３の層を重ねて形成し、燃料電極を２層構造とし、その後、固体電解質のイットリア安定化ジルコニア４と空気電極のランタンコバルト複合酸化物５を形成して燃料電池の素子を構成したものである。
【００１０】この実施例の素子と燃料電極を酸化ニッケルのみとした素子とを耐久性で比較すると下記表１のようになった。
【００１１】
【表１】
【００１２】上記表１より、本発明実施例の電気抵抗は２１％低減されたこと認められた。
【発明の効果】本発明によると固体電解質を用いた素子の発電時において、■燃料電極下層部の酸化ニッケルは還元されてニッケルとなり抵抗の低い集電体となり、■燃料電極上層部の酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物は同じく還元されてニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物となり、界面活性度の高い電極となることから、燃料電極として優れた集電機能と電極機能の双方の役を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の固体電解質を用いた素子の説明図。
【図２】従来の固体電解質を用いた素子の説明図。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は空気等の酸化性ガスと水素や炭化水素ガス等の還元性ガスを原料ガスとして発電する固体電解質燃料電池、水蒸気電解による水素、酸素の製造装置などの固体電解質を用いた素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質を用いた素子の従来の構造を図２によって説明する。図２は素子の断面図であり、６は多孔性支持体、７は燃料電極、８は固体電解質、９は空気電極である。従来の構造では燃料電極７は単層構造で酸化ニッケルもしくは酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を原料として形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の構造では、前記したように燃料電極を単層構造とし、酸化ニッケルもしくは酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を原料として形成されていたが、燃料電極に酸化ニッケルを用いた場合は発電作動時に酸化ニッケルは還元されてニッケルとなり導電性の高い集電体となるが、ニッケルは経時的に凝集して活性度が低下し固体電解質との界面抵抗が高くなる。一方燃料電極に酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を用いた場合は電極としての触媒機能を高めることができるがニッケルに比べ導電性が低い。
【０００４】本発明は上記技術水準に鑑み、燃料電極として優れた集電機能と電極機能の双方を備えた固体電解質を用いた素子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】本発明は多孔性支持体の表面に燃料電極、固体電解質、空気電極で構成されてなる固体電解質を用いた素子において、燃料電極を２層構造として下層部に酸化ニッケルを上層部に酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を形成してなることを特徴とする固体電解質を用いた素子である。
【０００６】本発明における燃料電極の上層部に使用される酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物（混合物）の配合比は一般的に酸化ニッケル比で３０〜７０％の範囲で使用される。
【０００７】
【作用】下層部を酸化ニッケル、上層部を酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物で形成し２層構造とした燃料電極は、発電作動時に原料ガスの還元性ガスで還元され、下層部はニッケル、上層部はニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物となる。固体電解質側のニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物はニッケル粒子の界面が増加し、固体電解質との接触点が増え、界面活性度が向上して固体電解質と燃料電極界面の抵抗が低下する。しかしニッケル中にイットリア安定化ジルコニアが存在するのでニッケルより抵抗が高い。一方、下層のニッケルは抵抗が低く集電体の役を果たす。このように２層構造にすることにより、電極機能と集電機能の両者を兼備えた燃料電極が実現される。
【０００８】
【実施例】本発明の一実施例を図１によって説明する。図１は本発明の一実施例に係る固体電解質を用いた素子の構造を示す断面図である。図１において１はアルミナ管、２は酸化ニッケル、３は酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物（酸化ニッケル：イットリア安定化ジルコニア＝５０：５０）、４は固体電解質であるイットリア安定化ジルコニア、５は空気極であるランタンコバルト複合酸化物である。
【０００９】この実施例では、多孔性支持体のアルミナ管１の表面に酸化ニッケル２の層を形成し、さらに酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物３の層を重ねて形成し、燃料電極を２層構造とし、その後、固体電解質のイットリア安定化ジルコニア４と空気電極のランタンコバルト複合酸化物５を形成して燃料電池の素子を構成したものである。
【００１０】この実施例の素子と燃料電極を酸化ニッケルのみとした素子とを耐久性で比較すると下記表１のようになった。
【００１１】
【表１】
【００１２】上記表１より、本発明実施例の電気抵抗は２１％低減されたこと認められた。
【発明の効果】本発明によると固体電解質を用いた素子の発電時において、
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の固体電解質を用いた素子の説明図。
【図２】従来の固体電解質を用いた素子の説明図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 多孔性支持体の表面に燃料電極、固体電解質、空気電極で構成されてなる固体電解質を用いた素子において、燃料電極を２層構造として下層部に酸化ニッケルを上層部に酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を形成してなることを特徴とする固体電解質を用いた素子。
【請求項１】 多孔性支持体の表面に燃料電極、固体電解質、空気電極で構成されてなる固体電解質を用いた素子において、燃料電極を２層構造として下層部に酸化ニッケルを上層部に酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの複合物を形成してなることを特徴とする固体電解質を用いた素子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開平６−２９５７３０
【公開日】平成６年（１９９４）１０月２１日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−８０４６４
【出願日】平成５年（１９９３）４月７日
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成６年（１９９４）１０月２１日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）４月７日
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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