固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料
【課題】固体電解質としてランタンガレート系電解質を用いた固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料を提供する。
【解決手段】一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料
【解決手段】一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体電解質としてランタンガレート系固体電解質を用いた固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体電解質形燃料電池は、水素ガス、天然ガス、メタノール、石炭ガスなどを燃料とすることができるので、発電における石油代替エネルギー化を促進することができ、さらに廃熱を利用することができるので省資源および環境問題の観点からも注目されている。この固体電解質形燃料電池の構造は、一般に、酸化物からなる固体電解質の片面に空気極を積層し、固体電解質のもう一方の片面に燃料極を積層してなる構造を有している発電セルと、この発電セルの空気極の外側に空気極集電体を積層させ、一方、発電セルの燃料極の外側に燃料極集電体を積層させ、前記空気極および燃料極の外側にそれぞれセパレータを積層させた構造を有している。この固体電解質形燃料電池は、一般に８００〜１０００℃で作動するが、近年、作動温度が６００〜８００℃の低温タイプのものが提案されている。
【０００３】
前記低温タイプの固体電解質形燃料電池に組込まれる固体電解質材料として、ランタンガレート系酸化物イオン伝導体を用いることが知られており、このランタンガレート系酸化物イオン伝導体は、一般式：Ｌａ１−ＸＳｒＸＧａ１−Ｙ−ＺＭｇＹＡＺＯ３（式中、Ａ＝Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕの１種または２種以上、Ｘ＝０．０５〜０．３、Ｙ＝０〜０．２９、Ｚ＝０．０１〜０．３、Ｙ＋Ｚ＝０．０２５〜０．３）で表される酸化物イオン伝導体であることが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、前記燃料極としては、Ｂ（ただし、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上）をドープしたセリアが知られており、このＢをドープしたセリアは、一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表され、ＮｉＯ粉末と混合して使用される（特許文献２参照）。
【０００５】
前記燃料ガスとして一般に水素が使用され、水素からなる燃料ガスは燃料極集電体を通って前記Ｂをドープしたセリアで構成される燃料極に供給され、この燃料極における燃料ガスの反応は主として三相界面（燃料極と固体電解質と燃料ガスが共存する部分）で行われると言われている。
【特許文献１】特開平１１−３３５１６４号公報
【特許文献２】特開平１１−２９７３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、固体電解質型燃料電池の燃料ガスとして水素ガスが使用されており、この水素ガスは炭化水素ガスを改質して作製した水素ガスが広く使用されている。しかし、かかる炭化水素ガスを改質して作製した水素ガスには十分な改質がなされずに微量の炭化水素ガスが混入していることがあり、かかる微量の炭化水素ガスが混入している水素燃料ガスを用いて発電を行うと、発電効率が低下する。したがって、微量の炭化水素ガスが混入している水素燃料ガスを用いても発電効率を低下させることのない固体電解質形燃料電池が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者等は、微量の炭化水素ガスが混入している水素燃料ガスを用いても発電効率を低下させることのない固体電解質形燃料電池を開発すべく研究を行った。
【０００８】
その結果、ランタンガレード系酸化物イオン伝導体を固体電解質とし、前記固体電解質の一方の面に多孔質の空気極を積層し、他方の面に多孔質の燃料極を積層した固体電解質形燃料電池用発電セルにおいて、前記燃料極を、一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料で構成した固体電解質形燃料電池用発電セルを有する固体電解質形燃料電池は、従来のＢドープしたセリアとＮｉＯ粉末を混合した燃料極を積層させた発電セルを有する固体電解質形燃料電池に比べて発電効率が一層向上するという研究結果が得られたのである。
【０００９】
この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
（１）一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料、
（２）ランタンガレード系酸化物イオン伝導体を固体電解質とし、前記固体電解質の一方の面に空気極が形成され、他方の面に燃料極が成形された固体電解質形燃料電池用発電セルにおいて、前記燃料極は、一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料で構成されている固体電解質形燃料電池用発電セル、
（３）前記（２）記載の固体電解質形燃料電池用発電セルを組み込んだ固体電解質形燃料電池、に特徴を有するものである。
【００１０】
この発明の固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極材料は、エチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウムおよびＢドープしたセリアをその順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、Ｂドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料の懸濁液を作製し、このＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料の懸濁液を乾燥し適宜粉砕して燃料極材料粉末とすることができる。さらに得られたＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料粉末のスラリーを作製し、このスラリーを固体電解質の片面に塗布し含浸させたのち乾燥させることにより燃料極を作製することができる。
【００１１】
この発明のルテニウム金属を担持したＢドープセリアからなる燃料極材料を用いた発電セルは、従来のＮｉＯ粉末と混合したＢドープセリアからなる燃料極を用いた発電セルに比べて発電効率が向上する理由として、極微量の炭化水素ガスが残存する水素燃料ガスが燃料極集電体を通過して燃料極に到達しても極微量の炭化水素ガスがこの発明の燃料極のルテニウム金属担持Ｂドープセリアにおけるルテニウム金属に接触して改質されるので発電効率が低下することがないものと考えられる。
【００１２】
この発明の固体電解質形燃料電池用発電セルで使用される固体電解質は、一般式：Ｌａ１−ＸＳｒＸＧａ１−Ｙ−ＺＭｇＹＡＺＯ３（式中、Ａ＝Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕの１種または２種以上、Ｘ＝０．０５〜０．３、Ｙ＝０〜０．２９、Ｚ＝０．０１〜０．３、Ｙ＋Ｚ＝０．０２５〜０．３）で表される酸化物イオン伝導体であり、これは既に知られている固体電解質である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の燃料極材料を用いて製造した燃料極を設けてなる発電セルを組込んだ固体酸化物型燃料電池は、燃料ガスとして極微量の炭化水素ガスが残存する水素ガスを用いて発電しても発電効率を低下させることがないことから、燃料ガスの純度に関係なく高効率で発電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施例１
先ず、酸化ランタン、炭酸ストロンチウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化コバルトの粉体を用意し、（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２）（Ｇａ０．８Ｍｇ０．１５Ｃｏ０．０５）Ｏ３で示される組成となるよう秤量し、ボールミル混合の後、空気中、１２００℃に３時間加熱保持し、得られた塊状焼結体をハンマーミルで粗粉砕の後、ボールミルで微粉砕して、平均粒径１．３μmのランタンガレート系固体電解質原料粉末を製造した。前記ランタンガレート系固体電解質原料粉末をトルエン-エタノール混合溶媒にポリビニルブチラルとフタル酸Ｎジオクチルを溶解した有機バインダー溶液と混合してスラリーとし、ドクターブレード法で薄板状に成形し、円形に切りだした後、空気中、１４５０℃に６時間加熱保持して焼結し、厚さ２００μm、直径１２０ｍｍの円板状のランタンガレート系固体電解質板を作製した。
【００１５】
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸サマリウム水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化サマリウムを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化サマリウムの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのサマリウムをドープしたセリア（以下、ＳＤＣという）ＳＤＣ粉末を作製した。
【００１６】
次に、得られたＳＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＳＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＳＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＳＤＣという）からなる本発明燃料極材料１のスラリーを作製した。
【００１７】
この本発明燃料極材料１のスラリーを先に作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼きつけた。
【００１８】
さらに、酸化サマリウム、炭酸ストロンチウム、酸化コバルトのそれぞれ試薬級の粉体を用意し、（Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５）ＣｏＯ３で示される組成となるよう秤量し、ボールミル混合の後、空気中、１０００℃に３時間加熱保持し、得られた粉体をボールミルで微粉砕して、平均粒径１．１μmのサマリウムストロンチウムコバルタイト系空気極原料粉末を製造した。このサマリウムストロンチウムコバルタイト系空気極原料粉をトルエン-エタノール混合溶媒にポリビニルブチラルとフタル酸Ｎジオクチルを溶解した有機バインダー溶液と混合してスラリーを作製し、このスラリーをランタンガレート系固体電解質の燃料極と反対側の他方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように成形し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、空気極を成形・焼きつけた。
【００１９】
このようにして得られた固体電解質、燃料極および空気極からなる本発明固体電解質形燃料電池用発電セル（以下、本発明発電セルと言う）１を製造し、得られた本発明発電セル１の燃料極の上に厚さ１ｍｍの多孔質ニッケルからなる燃料極集電体を積層し、一方、本発明発電セルの空気極の上に厚さ１．２ｍｍの多孔質銀からなる空気極集電体を積層し、さらに前記燃料極集電体および空気極集電体の上にセパレータを積層することにより本発明固体電解質形燃料電池１を作製した。
従来例１
実施例１で作製したＳＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＳＤＣ（以下、Ｎｉ−ＳＤＣという）からなる燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして従来固体電解質形燃料電池１を作製した。
【００２０】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池１および従来固体電解質形燃料電池１を用いて、次の条件で発電試験を実施した。
温度：７５０℃、
燃料ガス：水素（５％炭化水素含有）、
燃料ガス流量：０．３４Ｌ／ｍｉｎ（＝３ｃｃ/nin/cm2）、
酸化剤ガス：空気、
酸化剤ガス流量：１．７Ｌ／ｍｉｎ（＝１５ｃｃ/nin/cm2）、
の発電条件で発電させ、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表１に示した。
【００２１】
【表１】
表１に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池１と従来固体電解質形燃料電池１とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＳＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池１は、通常のＮｉ−ＳＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池１と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
実施例２
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸ガドリウム水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化ガドリウムを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化ガドリウムの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｇｄ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのガドリウムをドープしたセリア（以下、ＧＤＣという）ＧＤＣ粉末を作製した。
【００２２】
次に、得られたＧＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＧＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＧＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＧＤＣという）からなる本発明燃料極材料２のスラリーを作製した。
【００２３】
この本発明燃料極材料２のスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして本発明発電セル２を作製し、この本発明発電セル２を用いて本発明固体電解質形燃料電池２を作製した。
従来例２
実施例２で作製したＧＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＧＤＣ（以下、Ｎｉ−ＧＤＣという）からなる燃料極を成形・焼き付ける以外は実施例１と同様にして従来発電セル２を作製し、この従来発電セル２を用いて従来固体電解質形燃料電池２を作製した。
【００２４】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池２および従来固体電解質形燃料電池２を用いて、実施例１と同じ条件で発電試験を実施し、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表２に示した。
【００２５】
【表２】
表２に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池２と従来固体電解質形燃料電池２とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＧＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池２は、通常のＮｉ−ＧＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池２と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
実施例３
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸ランタン水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化ランタンを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化ランタンの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｌａ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのランタンをドープしたセリア（以下、ＬＤＣという）ＬＤＣ粉末を作製した。
【００２６】
次に、得られたＬＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＬＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＬＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＬＤＣという）からなる本発明燃料極材料３のスラリーを作製した。
【００２７】
この本発明燃料極材料３のスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼き付ける以外は実施例１と同様にして本発明発電セル３を作製し、この本発明発電セル３を用いて本発明固体電解質形燃料電池３を作製した。
従来例３
実施例３で作製したＬＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＬＤＣ（以下、Ｎｉ−ＬＤＣという）からなる燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして従来発電セル３を作製し、この本発明発電セル３を用いて従来固体電解質形燃料電池３を作製した。
【００２８】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池３および従来固体電解質形燃料電池３を用いて、実施例１と同じ条件で発電試験を実施し、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表３に示した。
【００２９】
【表３】
表３に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池３と従来固体電解質形燃料電池３とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＬＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池３は、通常のＮｉ−ＬＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池３と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
実施例４
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化イットリウムを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化イットリウムの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｙ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのイットリウムをドープしたセリア（以下、ＹＤＣという）ＹＤＣ粉末を作製した。
【００３０】
次に、得られたＹＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＹＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＹＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＹＤＣという）からなる本発明燃料極材料４のスラリーを作製した。
【００３１】
この本発明燃料極材料４のスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして本発明発電セル４を作製し、この本発明発電セル４を用いて本発明固体電解質形燃料電池４を作製した。
従来例４
実施例４で作製したＹＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＹＤＣ（以下、Ｎｉ−ＹＤＣという）からなる燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして従来発電セル４を作製し、この従来発電セル４を用いて従来固体電解質形燃料電池４を作製した。
【００３２】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池４および従来固体電解質形燃料電池４を用いて、実施例１と同じ条件で発電試験を実施し、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表４に示した。
【００３３】
【表４】
表４に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池４と従来固体電解質形燃料電池４とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＹＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池４は、通常のＮｉ−ＹＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池４と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
実施例５
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸カルシウム水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化カルシウムを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化カルシウムの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｃａ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのカルシウムをドープしたセリア（以下、ＣＤＣという）ＣＤＣ粉末を作製した。
【００３４】
次に、得られたＣＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＣＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＣＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＣＤＣという）からなる本発明燃料極材料５のスラリーを作製した。
【００３５】
この本発明燃料極材料５のスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして本発明発電セル５を作製し、この本発明発電セル５を用いて本発明固体電解質形燃料電池５を作製した。
従来例５
実施例５で作製したＣＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＣＤＣ（以下、Ｎｉ−ＣＤＣという）からなる燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして従来発電セル５を作製し、この従来発電セル５を用いて従来固体電解質形燃料電池５を作製した。
【００３６】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池５および従来固体電解質形燃料電池５を用いて、実施例１と同じ条件で発電試験を実施し、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表５に示した。
【００３７】
【表５】
表５に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池５と従来固体電解質形燃料電池５とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＣＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池５は、通常のＮｉ−ＣＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池５と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体電解質としてランタンガレート系固体電解質を用いた固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体電解質形燃料電池は、水素ガス、天然ガス、メタノール、石炭ガスなどを燃料とすることができるので、発電における石油代替エネルギー化を促進することができ、さらに廃熱を利用することができるので省資源および環境問題の観点からも注目されている。この固体電解質形燃料電池の構造は、一般に、酸化物からなる固体電解質の片面に空気極を積層し、固体電解質のもう一方の片面に燃料極を積層してなる構造を有している発電セルと、この発電セルの空気極の外側に空気極集電体を積層させ、一方、発電セルの燃料極の外側に燃料極集電体を積層させ、前記空気極および燃料極の外側にそれぞれセパレータを積層させた構造を有している。この固体電解質形燃料電池は、一般に８００〜１０００℃で作動するが、近年、作動温度が６００〜８００℃の低温タイプのものが提案されている。
【０００３】
前記低温タイプの固体電解質形燃料電池に組込まれる固体電解質材料として、ランタンガレート系酸化物イオン伝導体を用いることが知られており、このランタンガレート系酸化物イオン伝導体は、一般式：Ｌａ１−ＸＳｒＸＧａ１−Ｙ−ＺＭｇＹＡＺＯ３（式中、Ａ＝Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕの１種または２種以上、Ｘ＝０．０５〜０．３、Ｙ＝０〜０．２９、Ｚ＝０．０１〜０．３、Ｙ＋Ｚ＝０．０２５〜０．３）で表される酸化物イオン伝導体であることが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、前記燃料極としては、Ｂ（ただし、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上）をドープしたセリアが知られており、このＢをドープしたセリアは、一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表され、ＮｉＯ粉末と混合して使用される（特許文献２参照）。
【０００５】
前記燃料ガスとして一般に水素が使用され、水素からなる燃料ガスは燃料極集電体を通って前記Ｂをドープしたセリアで構成される燃料極に供給され、この燃料極における燃料ガスの反応は主として三相界面（燃料極と固体電解質と燃料ガスが共存する部分）で行われると言われている。
【特許文献１】特開平１１−３３５１６４号公報
【特許文献２】特開平１１−２９７３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、固体電解質型燃料電池の燃料ガスとして水素ガスが使用されており、この水素ガスは炭化水素ガスを改質して作製した水素ガスが広く使用されている。しかし、かかる炭化水素ガスを改質して作製した水素ガスには十分な改質がなされずに微量の炭化水素ガスが混入していることがあり、かかる微量の炭化水素ガスが混入している水素燃料ガスを用いて発電を行うと、発電効率が低下する。したがって、微量の炭化水素ガスが混入している水素燃料ガスを用いても発電効率を低下させることのない固体電解質形燃料電池が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者等は、微量の炭化水素ガスが混入している水素燃料ガスを用いても発電効率を低下させることのない固体電解質形燃料電池を開発すべく研究を行った。
【０００８】
その結果、ランタンガレード系酸化物イオン伝導体を固体電解質とし、前記固体電解質の一方の面に多孔質の空気極を積層し、他方の面に多孔質の燃料極を積層した固体電解質形燃料電池用発電セルにおいて、前記燃料極を、一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料で構成した固体電解質形燃料電池用発電セルを有する固体電解質形燃料電池は、従来のＢドープしたセリアとＮｉＯ粉末を混合した燃料極を積層させた発電セルを有する固体電解質形燃料電池に比べて発電効率が一層向上するという研究結果が得られたのである。
【０００９】
この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
（１）一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料、
（２）ランタンガレード系酸化物イオン伝導体を固体電解質とし、前記固体電解質の一方の面に空気極が形成され、他方の面に燃料極が成形された固体電解質形燃料電池用発電セルにおいて、前記燃料極は、一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料で構成されている固体電解質形燃料電池用発電セル、
（３）前記（２）記載の固体電解質形燃料電池用発電セルを組み込んだ固体電解質形燃料電池、に特徴を有するものである。
【００１０】
この発明の固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極材料は、エチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウムおよびＢドープしたセリアをその順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、Ｂドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料の懸濁液を作製し、このＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料の懸濁液を乾燥し適宜粉砕して燃料極材料粉末とすることができる。さらに得られたＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料粉末のスラリーを作製し、このスラリーを固体電解質の片面に塗布し含浸させたのち乾燥させることにより燃料極を作製することができる。
【００１１】
この発明のルテニウム金属を担持したＢドープセリアからなる燃料極材料を用いた発電セルは、従来のＮｉＯ粉末と混合したＢドープセリアからなる燃料極を用いた発電セルに比べて発電効率が向上する理由として、極微量の炭化水素ガスが残存する水素燃料ガスが燃料極集電体を通過して燃料極に到達しても極微量の炭化水素ガスがこの発明の燃料極のルテニウム金属担持Ｂドープセリアにおけるルテニウム金属に接触して改質されるので発電効率が低下することがないものと考えられる。
【００１２】
この発明の固体電解質形燃料電池用発電セルで使用される固体電解質は、一般式：Ｌａ１−ＸＳｒＸＧａ１−Ｙ−ＺＭｇＹＡＺＯ３（式中、Ａ＝Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕの１種または２種以上、Ｘ＝０．０５〜０．３、Ｙ＝０〜０．２９、Ｚ＝０．０１〜０．３、Ｙ＋Ｚ＝０．０２５〜０．３）で表される酸化物イオン伝導体であり、これは既に知られている固体電解質である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の燃料極材料を用いて製造した燃料極を設けてなる発電セルを組込んだ固体酸化物型燃料電池は、燃料ガスとして極微量の炭化水素ガスが残存する水素ガスを用いて発電しても発電効率を低下させることがないことから、燃料ガスの純度に関係なく高効率で発電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施例１
先ず、酸化ランタン、炭酸ストロンチウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化コバルトの粉体を用意し、（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２）（Ｇａ０．８Ｍｇ０．１５Ｃｏ０．０５）Ｏ３で示される組成となるよう秤量し、ボールミル混合の後、空気中、１２００℃に３時間加熱保持し、得られた塊状焼結体をハンマーミルで粗粉砕の後、ボールミルで微粉砕して、平均粒径１．３μmのランタンガレート系固体電解質原料粉末を製造した。前記ランタンガレート系固体電解質原料粉末をトルエン-エタノール混合溶媒にポリビニルブチラルとフタル酸Ｎジオクチルを溶解した有機バインダー溶液と混合してスラリーとし、ドクターブレード法で薄板状に成形し、円形に切りだした後、空気中、１４５０℃に６時間加熱保持して焼結し、厚さ２００μm、直径１２０ｍｍの円板状のランタンガレート系固体電解質板を作製した。
【００１５】
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸サマリウム水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化サマリウムを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化サマリウムの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのサマリウムをドープしたセリア（以下、ＳＤＣという）ＳＤＣ粉末を作製した。
【００１６】
次に、得られたＳＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＳＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＳＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＳＤＣという）からなる本発明燃料極材料１のスラリーを作製した。
【００１７】
この本発明燃料極材料１のスラリーを先に作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼きつけた。
【００１８】
さらに、酸化サマリウム、炭酸ストロンチウム、酸化コバルトのそれぞれ試薬級の粉体を用意し、（Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５）ＣｏＯ３で示される組成となるよう秤量し、ボールミル混合の後、空気中、１０００℃に３時間加熱保持し、得られた粉体をボールミルで微粉砕して、平均粒径１．１μmのサマリウムストロンチウムコバルタイト系空気極原料粉末を製造した。このサマリウムストロンチウムコバルタイト系空気極原料粉をトルエン-エタノール混合溶媒にポリビニルブチラルとフタル酸Ｎジオクチルを溶解した有機バインダー溶液と混合してスラリーを作製し、このスラリーをランタンガレート系固体電解質の燃料極と反対側の他方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように成形し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、空気極を成形・焼きつけた。
【００１９】
このようにして得られた固体電解質、燃料極および空気極からなる本発明固体電解質形燃料電池用発電セル（以下、本発明発電セルと言う）１を製造し、得られた本発明発電セル１の燃料極の上に厚さ１ｍｍの多孔質ニッケルからなる燃料極集電体を積層し、一方、本発明発電セルの空気極の上に厚さ１．２ｍｍの多孔質銀からなる空気極集電体を積層し、さらに前記燃料極集電体および空気極集電体の上にセパレータを積層することにより本発明固体電解質形燃料電池１を作製した。
従来例１
実施例１で作製したＳＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＳＤＣ（以下、Ｎｉ−ＳＤＣという）からなる燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして従来固体電解質形燃料電池１を作製した。
【００２０】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池１および従来固体電解質形燃料電池１を用いて、次の条件で発電試験を実施した。
温度：７５０℃、
燃料ガス：水素（５％炭化水素含有）、
燃料ガス流量：０．３４Ｌ／ｍｉｎ（＝３ｃｃ/nin/cm2）、
酸化剤ガス：空気、
酸化剤ガス流量：１．７Ｌ／ｍｉｎ（＝１５ｃｃ/nin/cm2）、
の発電条件で発電させ、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表１に示した。
【００２１】
【表１】
表１に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池１と従来固体電解質形燃料電池１とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＳＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池１は、通常のＮｉ−ＳＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池１と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
実施例２
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸ガドリウム水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化ガドリウムを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化ガドリウムの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｇｄ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのガドリウムをドープしたセリア（以下、ＧＤＣという）ＧＤＣ粉末を作製した。
【００２２】
次に、得られたＧＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＧＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＧＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＧＤＣという）からなる本発明燃料極材料２のスラリーを作製した。
【００２３】
この本発明燃料極材料２のスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして本発明発電セル２を作製し、この本発明発電セル２を用いて本発明固体電解質形燃料電池２を作製した。
従来例２
実施例２で作製したＧＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＧＤＣ（以下、Ｎｉ−ＧＤＣという）からなる燃料極を成形・焼き付ける以外は実施例１と同様にして従来発電セル２を作製し、この従来発電セル２を用いて従来固体電解質形燃料電池２を作製した。
【００２４】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池２および従来固体電解質形燃料電池２を用いて、実施例１と同じ条件で発電試験を実施し、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表２に示した。
【００２５】
【表２】
表２に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池２と従来固体電解質形燃料電池２とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＧＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池２は、通常のＮｉ−ＧＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池２と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
実施例３
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸ランタン水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化ランタンを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化ランタンの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｌａ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのランタンをドープしたセリア（以下、ＬＤＣという）ＬＤＣ粉末を作製した。
【００２６】
次に、得られたＬＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＬＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＬＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＬＤＣという）からなる本発明燃料極材料３のスラリーを作製した。
【００２７】
この本発明燃料極材料３のスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼き付ける以外は実施例１と同様にして本発明発電セル３を作製し、この本発明発電セル３を用いて本発明固体電解質形燃料電池３を作製した。
従来例３
実施例３で作製したＬＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＬＤＣ（以下、Ｎｉ−ＬＤＣという）からなる燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして従来発電セル３を作製し、この本発明発電セル３を用いて従来固体電解質形燃料電池３を作製した。
【００２８】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池３および従来固体電解質形燃料電池３を用いて、実施例１と同じ条件で発電試験を実施し、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表３に示した。
【００２９】
【表３】
表３に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池３と従来固体電解質形燃料電池３とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＬＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池３は、通常のＮｉ−ＬＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池３と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
実施例４
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸イットリウム水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化イットリウムを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化イットリウムの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｙ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのイットリウムをドープしたセリア（以下、ＹＤＣという）ＹＤＣ粉末を作製した。
【００３０】
次に、得られたＹＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＹＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＹＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＹＤＣという）からなる本発明燃料極材料４のスラリーを作製した。
【００３１】
この本発明燃料極材料４のスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして本発明発電セル４を作製し、この本発明発電セル４を用いて本発明固体電解質形燃料電池４を作製した。
従来例４
実施例４で作製したＹＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＹＤＣ（以下、Ｎｉ−ＹＤＣという）からなる燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして従来発電セル４を作製し、この従来発電セル４を用いて従来固体電解質形燃料電池４を作製した。
【００３２】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池４および従来固体電解質形燃料電池４を用いて、実施例１と同じ条件で発電試験を実施し、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表４に示した。
【００３３】
【表４】
表４に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池４と従来固体電解質形燃料電池４とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＹＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池４は、通常のＮｉ−ＹＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池４と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
実施例５
さらに、０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸セリウム水溶液８部と０．５ｍｏｌ／Ｌの硝酸カルシウム水溶液２部の混合水溶液に１ｍｏｌの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下し、酸化セリウムと酸化カルシウムを共沈させ、ろ過したのち純水での攪拌・洗浄ろ過を６回繰り返して水洗し、酸化セリウムと酸化カルシウムの共沈粉を作製し、これを空気中、温度：１０００℃に３時間加熱保持して（Ｃｅ０．８Ｃａ０．２）Ｏ２の組成を有する平均粒径：０．８μｍのカルシウムをドープしたセリア（以下、ＣＤＣという）ＣＤＣ粉末を作製した。
【００３４】
次に、得られたＣＤＣ粉末をエチレングリコールに、ポリビニルピロリドン、塩化ルテニウム、ＣＤＣ粉末の順に添加し、撹拌したのちさらに温度を上げながら撹拌してルテニウム金属担持混合溶液を作製し、得られたルテニウム金属担持混合溶液を遠心分離により洗浄を繰り返し行い、ルテニウム金属を担持したＣＤＣ（以下、Ｒｕ担持ＣＤＣという）からなる本発明燃料極材料５のスラリーを作製した。
【００３５】
この本発明燃料極材料５のスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持して、燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして本発明発電セル５を作製し、この本発明発電セル５を用いて本発明固体電解質形燃料電池５を作製した。
従来例５
実施例５で作製したＣＤＣ粉末とＮｉＯ粉末を混合してスラリーを作製し、このスラリーを実施例１で作製したランタンガレート系固体電解質板の一方の面にスクリーン印刷法により厚さ：３０μｍになるように塗布し乾燥したのち、空気中、１１００℃に５時間加熱保持してＮｉＯ粉末を混合したＣＤＣ（以下、Ｎｉ−ＣＤＣという）からなる燃料極を成形・焼きつける以外は実施例１と同様にして従来発電セル５を作製し、この従来発電セル５を用いて従来固体電解質形燃料電池５を作製した。
【００３６】
このようにして得られた本発明固体電解質形燃料電池５および従来固体電解質形燃料電池５を用いて、実施例１と同じ条件で発電試験を実施し、セル電圧、出力、出力密度および発電効率を測定し、その結果を表５に示した。
【００３７】
【表５】
表５に示される結果から、本発明固体電解質形燃料電池５と従来固体電解質形燃料電池５とは、燃料極の構成が相違するのみで、その他の構成は同じであるが、Ｒｕ担持ＣＤＣを燃料極とした発電セルを有する本発明固体電解質形燃料電池５は、通常のＮｉ−ＣＤＣを燃料極とした発電セルを有する従来固体電解質形燃料電池５と比べて、セル電圧、出力、出力密度、および発電効率がいずれも優れた値を示すことがわかる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなることを特徴とする固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料。
【請求項２】
ランタンガレード系酸化物イオン伝導体を固体電解質とし、前記固体電解質の一方の面に空気極が形成され、他方の面に燃料極が成形された固体電解質形燃料電池用発電セルにおいて、
前記燃料極は、一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料で構成されていることを特徴とする固体電解質形燃料電池用発電セル。
【請求項３】
請求項２記載の固体電解質形燃料電池用発電セルを組み込んだ固体電解質形燃料電池。
【請求項１】
一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなることを特徴とする固体電解質形燃料電池用発電セルにおける燃料極を構成する燃料極材料。
【請求項２】
ランタンガレード系酸化物イオン伝導体を固体電解質とし、前記固体電解質の一方の面に空気極が形成され、他方の面に燃料極が成形された固体電解質形燃料電池用発電セルにおいて、
前記燃料極は、一般式：Ｃｅ１−ｍＢｍＯ２（式中、ＢはＳｍ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃａの１種または２種以上、ｍは０＜ｍ≦０．４）で表されるＢドープしたセリアにルテニウム金属を担持させてなる燃料極材料で構成されていることを特徴とする固体電解質形燃料電池用発電セル。
【請求項３】
請求項２記載の固体電解質形燃料電池用発電セルを組み込んだ固体電解質形燃料電池。
【公開番号】特開２００７−２１３８９０（Ｐ２００７−２１３８９０Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０７３３（Ｐ２００６−３０７３３）
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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