JPH02262260A - 多孔質燃料電極 - Google Patents

多孔質燃料電極

Info

Publication number
JPH02262260A
JPH02262260A JP1302265A JP30226589A JPH02262260A JP H02262260 A JPH02262260 A JP H02262260A JP 1302265 A JP1302265 A JP 1302265A JP 30226589 A JP30226589 A JP 30226589A JP H02262260 A JPH02262260 A JP H02262260A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particles
mixtures
electrode
micrometers
doped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP1302265A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2963119B2 (ja
Inventor
Roswell J Ruka
ロスウェル・ジョン・ルカ
Charles J Spengler
チャールズ・ジェイ・スペングラー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Westinghouse Electric Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of JPH02262260A publication Critical patent/JPH02262260A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2963119B2 publication Critical patent/JP2963119B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4075Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、多数の電気化学的に活性な部位を持つ固体電
解質電気化学セルで用いる変性サーメット燃料電極に関
する。
〈従来の技術〉 固体電解質電気化学セル用のニッケル・ジルコニア・サ
ーメツト製の燃料電極は周知であり、たとえば米国特許
第4,490,444号[発明者:アイゼンバーブ(I
senberg) ]明細書に開示されている。この電
極は、厚さ約50マイクロメータであり、ジルコニアか
ら成る骨格構造中にニッケル粒子を埋め込んだ形で含有
している。この種の燃料電極即ちアノードは、電気特性
及びたとえば熱膨張率のような物理的・機械的緒特性の
点で取り付は対象の固体酸化物電極と適合し、供給燃料
ガス中に含まれている硫黄等の不純物に対する化学的耐
性を持たねばならない。米国特許第4.702,971
号(発明者:アイゼンバーブ)においては、燃料電極に
ドープした又はドープしない酸化セリウム又は酸化ウラ
ニウム(ここで、ドーパントはジルコニア、ドリア又は
ランタン族元素の酸化物である)を含むイオン・電子伝
導性被膜を被覆することにより、耐硫黄性を持つ燃料電
極とする試みがなされている。被膜は、所望する金属酸
化物被膜の塩溶液の形で、骨格ジルコニア中の、1乃至
5マイクロメータの「大きな」導電性粒子上に塗布され
る。このような被膜によると耐硫黄性の問題は解決され
たが、特に活性部位を増加させ且つ燃料電極の触媒活性
を高める点で、燃料電極を更に改良する必要がある。
〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明の主たる目的は、固体電解質電気化学セル用の改
良された燃料電極を提供することである。
く問題点を解決するための手段〉 従って、本発明は、酸素イオン伝導性固体電解質に接合
された多孔質外側電極であって、電解質は内側電極とも
接触しており前記外側電極は直径3乃至35マイクロメ
ータのニッケル粒子、コバルト粒子及びこれらの混合物
から成る群から選択された粗粒状金属粒子から成り、外
側電極の粒子が以下の必須成分、即ち(a)直径0.0
5乃至1.75マイクロメータの分離ニッケル粒子と、
分離コバルト粒子と、これらの混合物とから成る群から
選択した細粒状金属粒子と、(b)酸化セリウム、ドー
プした酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム、ドープ
したチタン酸ストロンチウム及びこれらの混合物から成
る群から選択した導電性酸化物と、から成る別の電子伝
導性の多孔質多相層から形成されていることを特徴とす
る外側電極に関する。
本発明は、更に、酸素イオン導電性固体電解質に接合さ
れた多孔質外側電極に別の電子伝導性層を被覆する方法
でありで、前記電解質は内側電極とも接触しており、 1) (a)金属含有成分がニッケル、コバルト及びこ
れらの混合物から選択され且つ塩成分が硝酸塩、酢酸塩
、プロピオン酸塩、ブチレート及びこれらの混合物から
選択された第一金属含有塩と、(b)金属含有成分がセ
リウム、ドープしたセリウム、ストロンチウム・チタニ
ウム、ドープしたストロンチウム・チタニウム及びこれ
らの混合物から選択され且つ塩成分が硝酸塩、酢酸塩、
プロピオン酸塩、ブチレート及びこれらの混合物から成
る群から選択されたものである第二金属含有塩と、 (C)非イオン表面活性剤と、 から成る混合物を多孔質外側電極に被覆し;2)酸化セ
リウム、ドープした酸化セリウム、チタン酸ストロンチ
ウム、ドープしたチタン酸ストロンチウム及びこれらの
混合物から選択した導電性酸化物より成り、分離したニ
ッケル粒子、分離したコバルト粒子及びこれらの混合物
から成る群から選択した細粒状金属粒子沈殿物であって
直径が0.05乃至1.75マイクロメータである細粒
状金属粒子を含有する別個の固体状で電子伝導性の多孔
質多相層を形成することの出来る温度で、ニッケル、コ
バルト及びこれらの混合物を還元する雰囲気中で被覆混
合物を加熱することを特徴とする方法に関する。
現実の問題として、外側電極の粗い金属粒子の直径は5
乃至35マイクロメータである。好ましくは、外側電極
上の電子伝導性多孔質中の細かい金属粒子の直径は0.
25乃至0.75マイクロメータである。多孔質導電層
の厚さは0.5〜2.0マイクロメータとして、完全な
被覆とするのが好ましい。
本明細書中で使用する「ドープした」なる語句は「化学
構造中に含まれる」ことを意味する。ドーパントとして
は、アルカリ土類物質、稀土類物質、イツトリウム及び
アルミニウムを挙げることができる。
〈実施例〉 本発明をより明確に理解できるよう、以下に添付の図面
を参照しつつ、例示を目的として掲げる幾つかの好まし
い実施例について説明する。
添付の図面を参照して説明すると、第1図は電気化学セ
ル断面の一実施例を大きく拡大し、細部を理想化し概念
的に示す図であり、骨格構造11が粗粒状金属粒子12
を埋め込んでアノードを形成している多孔質外側燃料電
極構造体10が図示されている。粗粒状金属粒子が、た
とえば、焼結その他の適当な方法で定位置に結合できる
ニッケル粒子等であるときには、必ずしも骨格構造を必
要としない、上記の燃料電極構造体10が固体電解質1
3と接触し、固体電解質13が内側空気電極14とも接
触して電気化学セルを形成している8本発明による多相
層を被Il!17の形で図示しである。
セルは種々の形状をとり得るが、管状のものはキロワッ
ト級出力のシステムの固体電解質セルとして既に成功例
も多いので、管状形状が好ましい。電解質材料13とし
て一般的なものは蛍石類似の結晶構造を持つ酸化物であ
るが、その他の簡単な構造の酸化物類及び混合酸化物類
を用いることもできる。好ましい電解質材料は、人手の
容易な材料である安定化ジルコニアである。ジルコニア
は、当該技術分野で周知の技術に従い多種の元素で安定
化する、即ち多種の元素をドープすることができるが、
酸素イオン易動度に優れ燃料又は空気雰囲気中で作動さ
れた歴史も長い点から、稀土類元素で安定化したジルコ
ニア、特にイツトリアで安定化したジルコニアが好まし
い。
電解質層13の厚みは、通常、20乃至50マイクロメ
ータである。
内側空気電極14は、好ましくは、ペロブスカイト弁群
の酸化物類、好ましくは、L、MoO3にドープした酸
化物又はこれらの混合物からつくられている。好ましい
ドーパントは、Sr、 Ce、Co、 Nl、Fe及び
Snであり、Laの一部分をSn及びCaで置き換えて
もよく、Mnの一部分は他のドーパントで置き換えても
よい。空気電極の厚みは、通常、50乃至1000マイ
クロメータである。自己支持型空気電極として用いると
きには、600乃至1000マイクロメータの厚みにす
る。
燃料電極の好ましい厚みは50乃至200マイクロメー
タであるが、各セルでの所望抵抗に応じて調整すればよ
い。多孔質電極構造体10内部でニッケル及び/又はコ
バルト粒子12が使用されている。直径3乃至35マイ
クロメータの粒子12をスラリー浸漬及びスプレー等の
種々の方法で粉末層として被覆して電解質と接触させる
こともできる。他の被覆方法としては、テープ転写法が
あるが、この方法は、大量生産に適し、寸法の整合及び
厚みと気孔率の均一性を保つのが容易になる点で有用な
方法である。3マイクロメ一タ未満の粒子は、どの製造
方法でも効果的な被覆が極めて困難である。好ましい粒
度は5乃至35マイクロメータである。
粗粒状導電性粒子12を電解質13に結合させ、粗粒状
導電性粒子を部分的に埋め込む母材を提供するために、
骨格物質11を使用してもよい。骨格物質は、蒸着によ
り被覆することができ、2種の反応剤から形成させるこ
とがでkる。
第一反応剤は水蒸気、炭酸ガス又は酸素そのものにする
ことができ、第二反応剤としては、好ましくは四塩化ジ
ルコニウム等の金属ハロゲン化物に塩化イツトリウム等
の安定化元素のハロゲン化物を加えたものを用いること
ができる。骨格結合材料物質11として、電解質と同一
の材料物質(又は同一物質であってドーピングにより変
性したもの)を用いて、結合物質11と電解質との間に
良好な結合が行なわれ、両物質が熱的に良好に合致する
ようにする。電解質に適合する広範な種々のセラミック
ス型金属酸化物類を使用できるが、有用な骨格結合物質
はイツトリアで安定化したジルコニアである。
固体電気化学セル中の電気化学的に活性な部位は、反応
剤、電解質及びII極の界面である。第1図に示す例で
は、このような電気化学的に活性な部位は矢印Fで示す
燃料ガスが電解質層13を通る矢印で示す酸素イオン0
”と結合可能であり、そこで電子の8勤が起こって電流
が発生する。
粗い粒子を用い骨格のみを埋め込むことにより、活性領
域の数はむしろ制限される。
第1図は、ニッケル及び/又はコバルト粒子12が電子
伝導性の多孔貿外側被Il!17によって好ましくは完
全に被覆されている様子を示す図でもある。電子伝導性
の多孔質外側被BM17は、粗い粒子12よりも遥かに
細かい分離した細粒状のニッケル及び/又はコバルト粒
子沈積物である。被膜17は、塩水溶液から燃料電極1
0に限定を意図するものではない第1図かられかるよう
に、各層の相対的な寸法は、空気室8i14が50マイ
クロメータ、電解質13が20マイクロメータ、直径が
ほぼ20乃至35マイクロメータの粗い金属粒子を含有
する燃料電極10が50マイクロメータ、直径約0.5
マイクロメータの分離した細かいニッケル及び/又はコ
バルト粒子18を含む電子伝導性の外側被膜17が1乃
至2マイクロメータの厚さである。細かい粒子18は元
来は、好ましくは粒子18を取り囲み包み込んでいる酸
化物母材19によって分離された細かい沈殿物であり、
従って粒子18は電気化学的雰囲気中で加熱され若しく
は作動しているときにも集塊し又は焼結されて一体の塊
状物になることはない。この金属粒子相は、外側被覆の
必須構成成分である。
上記の多相被膜17は、粗い粒子のみを使用した場合よ
りも極めて多くの数の電気化学的に活性な部位を増やす
のみでなく、燃料電極の触媒活性を向上させる。細かい
粒子18の大部分は、相互に接触せず、且つ燃料電極の
深い位置にある粗い金属粒子12とも接触していない。
細かい粒子18の直径は0.05乃至1.75マイクロ
メータ、好ましくは0.25乃至0.75マイクロメー
タである。粒度が1.75マイクロメータを越えると、
全活性化学部位表面積が減少して、本発明の被膜の主た
る利点がなくなってしまう、第1図には明示していない
が、多相外側被膜17は、燃料電極構造体内部の深い位
置の界面に深く入り込むことができる。
多相外側被膜17の母材19に用いるに適した導電性セ
ラミックス酸化物は酸化セリウム、ドープした酸化セリ
ウム、チタン酸ストロンチウム(S、Tl03) 、ド
ープしたチタン酸ストロンチウム及びこれらの混合物よ
り成る群から選択され、酸化セリウム又はドープした酸
化セリウムが好ましい。電子の伝導を増し或いは熱膨張
率をより近づけることを目的として「少量」即ち最大ド
ーピング元素の約45モル%使用されるドーパント酸化
物は、アルカリ土類金属Mg、 Ce、 Sr、 Ba
の酸化物;稀土類元素La、 Ce、 Pr、 Nd、
 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、1
1o、 Er、 Tta、 Ybの酸化物;Yの酸化物
;Alの酸化物及びこれらの混合物から選択される。チ
タン酸ストロンチウムがドープ対象物である場合にはセ
リウムをドーパントとして使用でき、セリウムにドープ
する場合にはストロンチウムを使用することができる。
好ましいドーパントは、Ca及びSnの酸化物である。
被覆方法の一例を述べると、粗い粒子を埋め込んだ電極
にニッケル塩及び/又はコバルト塩と母材物質の塩とを
含有する金属塩fa液を含浸しく第2図の工程1)、第
2図の工程2で乾燥し、次いで第2図の工程3において
約500℃以上に加熱すると、第2図の工程4で示すよ
うに分解又は反応が起こって所望す7る混合酸化物被膜
が形成される。
使用する塩類は、硝酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、ブ
チレート及びこれらの混合物から選択される。硝酸塩を
使用する場合には均一なフィルムを得るのが困難なこと
もあるので、硝酸塩のみを用いるのは好ましくない。好
ましい塩類としては、酢酸塩単独、又は酢酸塩と硝酸塩
とを使用する。−例を挙げると、硝酸ニッケル、酢酸セ
リウム及び少量の酢酸サマリウムの混合水溶液を使用す
ることができる。
含浸された塩溶液に一定量の非イオン性表面活性剤、即
ち、被覆対象燃料電極面を濡らす効果のある表面活性剤
を含有させておいてもよい。表面活性剤を使用すれば、
浸透がよくなりサーメツト製アノード電極の被膜をより
均一に被覆できる。
好ましい表面活性剤添加量は、塩溶液重量の約0.5重
量%乃至6重量%の範囲である。表面活性剤は、当該技
術分野で周知であり、例としてはアルキルアリールエー
テルアルコール類、アルキルアリールポリエーテルアル
コール類、アルキルアリールポリエチレングリコールエ
ーテル類等を挙げることができる。表面活性剤は通常多
相層を形成させるための加熱時に蒸発又は分解して除去
される。表面活性剤は、燃料電極材料の多孔性表面の含
浸溶液による濡れを助長する。
フィルム被膜のクラッキング又は破れを抑制するために
、金属酸化物前駆塩溶液に少量の含水アルミナ又はジル
コニアのコロイド溶液を添加してもよい。含浸前に、短
期間沸騰させる等の方法により、金属酸化物前駆塩溶液
を脱気して捕捉された空気を取り除く。溶液は水溶液で
もよく、たとえば塩類のメタノール溶液のような有機媒
溶液でもよい。
好ましくは、真空含浸法によって金属塩溶液混合物を塗
布するのであるが、その場合、セルを容器内に入れ真空
にひいてセルを予熱しておく。
次に、セルの燃料電極が覆われるまで、脱気した金属酸
化物前駆塩溶液を容器に加える。この手順により、溶液
は確実に燃料電極体部を通りて完全に浸透する。別の、
然しながら次に好ましい塗布技術は、加圧スプレー及び
浸漬法である。含浸後に、好ましくは約25℃で、金属
含有材料物質を乾燥する。所望する場合には、引き続き
、再含浸又は塗布を行ない再乾燥して、燃料電極上及び
電極内部に好ましくは連続した層を形成させる。
溶液が乾燥すると、必要量よりも僅かに多量の酸素を含
有する水素と水とから成る雰囲気中で塩を加熱して、上
記塩を分解させてニッケル及び/又はコバルトにし、溶
液中に含有されていたその他の各金属成分の酸化物を形
成させる。硝酸ニッケルと、酢酸セリウムと、少量の酢
酸サマリウムとを用いた場合には、上記の分解加熱によ
り、細かな元素状旧沈殿粒子と、サマリウムがドープし
た酸化セリウムとが形成される。この元素状金属と母材
酸化物とが、多孔質電極中のサーメット粒子の表面を被
覆する。
含浸済のセルを、たとえば50℃乃至lOO℃/時間程
度の低い温度上昇速度で約600℃にまで加熱して、含
浸された材料物質のクランキング又は破砕され易い傾向
を抑える。含浸されたサーメット電極を有するセルをセ
ル束(?1数のセルから成る組)に組み立て、発電装置
内に位置させ、発電装置の作動温度である1000℃に
加熱して作動させる。
以下に実施例を挙げて本発明について説明を続ける。
夫−五−j 一端部を閉鎖した管状セルを準備した。セルは長さ約4
00mm、直径13IIII11であり、厚さ2IIl
Inのカルシアで安定化されたジルコニア製の多孔質支
持チューブと、支持チューブの上部にある厚さ1 ra
tsで気孔率40%のドープした亜マンガン酸ランタン
から成る多孔質空気電極と、空気電極上に位置する厚さ
50マイクロメータのイツトリアで安定化したジルコニ
ア[(2r(h) o、 QO(Y2O2) 0.10
1から成る電解質とから構成されている。厚さ100マ
イクロメータで直径約20乃至35マイクロメータの厚
いニッケル粉末層をスラリー浸漬法により電解質の上部
に付着させた。ニッケル粉末層の周囲にイツトリアで安
定化されたジルコニアから成るセラミックス骨格を付着
させて電解質に固着して、ニッケルと補強ジルコニア・
セラミックとから成るサーメットを得た。
混合塩含浸溶液を調製したが、この溶液は、0.007
7モルの酢酸セリウムと、0.0023モルの硝酸サマ
リウムと、0.01モルの硝酸ニッケルと、OJcm’
の非イオン性表面活性剤と、20C113の水と、水和
アルミナの2%コロイド溶rff13cm”とから成る
ものであった。刷毛型りにより、上記溶液をニッケル・
ジルコニア・サーメット燃料電極の表面に塗布した。含
浸後の電極を室温で乾燥した。
含浸した混合塩類は、セル試験時の加熱工程中で熱分解
して混合酸化物に変化した。加熱は、緩やかな温度上昇
速度で、1000℃にまで加熱した。
得られたサーメット燃料電池上及び燃料電池内部の電子
伝導性多孔貿多相層は極めて多数の活性部位を有し優れ
た触媒活性を発揮させるものであり、ニッケル粒子にサ
マリウムをドープした酸化セリウムとアルミナを加えた
混合物、即ちN+ + C60,?11Sa0.250
1.678 + Al2O3でありた―作動及び試験後
における電極を顕微鏡で検査したところ、多孔質ニッケ
ル・ジルコニア・サーメット電極の空洞部に含浸物が埋
め込まれており、分離したニッケル粒子沈殿物の直径は
0.4乃至1.70マイクロメータであることがわかっ
た。
第3図は、含浸後にセルを燃料電池として作動させた場
合の900℃におけるセルの電圧対試験時間挙動を示す
図である。セルは900℃、160m^/cm2で約1
40時間作動させたもので、そのうち115時間は、2
5ppm(百万分の部)のH,Sと、66.7%のH2
と、22.2%のCOと、11.1%のH2Oとを含有
する燃料ガス中で作動させた。第3図は、上記の期間内
における時間経過に伴なう電圧の変化を示す。H2Sを
あてた期間中は3.5%未満の電圧損失が認められたが
、これは未処理アノードの場合に同じ11□Sで認めら
れる損失よりも遥かに少ない。H2S添加前の最初の2
2時間後に認められた900℃、 ltiom^/cf
f12で約70001Vという作動電圧は、未処理のア
ノードを持つ同様のセルで誌められる値よりも遥かに高
い。
第3図の曲線の部分(a)は112Sの存在しない作動
期間であり、部分(b)は25ppmの1123の存在
する期間を示し、部分(C)は再びl−125の存在し
ない期間を示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を最もわかり易く示す図であり、一部
分が酸化物骨格構造に埋め込まれ、セラミックス酸化物
母材中に小さな独立したニッケル及び/又はコバルト粒
子を含有する本発明の分離された多層被膜に被覆されて
いる粗い金属粒子を有し、上記の各成分が電解質の上部
に位置して成る燃料電極の一実施例を示す概略端面図で
ある。 第2図は、本発明による方法を示すブロック図である。 第3図は、本発明の実施例において製造し作動させたセ
ルについてのセル電圧(ボルト単位)対時間(時間単位
)の関係を示す曲線を表わす。 燃料電極 骨格結合材料物質 粗粒状(粗い)粒子 固体電解質 空気電極 多相外側被膜 細粒状(細かい)粒子 酸化物母材

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸素イオン伝導性固体電解質に接合された多孔質
    外側電極であって、電解質は内側電極とも接触しており
    前記外側電極は直径3乃至35マイクロメータのニッケ
    ル粒子、コバルト粒子及びこれらの混合物から成る群か
    ら選択された粗粒状金属粒子から成り、外側電極の粒子
    が以下の必須成分、即ち (a)直径0.05乃至1.75マイクロメータの分離
    ニッケル粒子と、分離コバルト粒子と、 これらの混合物とから成る群から選択した 細粒状金属粒子と、 (b)酸化セリウム、ドープした酸化セリウム、チタン
    酸ストロンチウム、ドープした チタン酸ストロンチウム及びこれらの混合 物から成る群から選択した導電性酸化物 から成る別の電子伝導性の多孔質多相層から形成されて
    いることを特徴とする外側電極。
  2. (2)細粒状粒子の直径が0.25乃至0.75マイク
    ロメータであり、粗粒状金属粒子の直径が5乃至35マ
    イクロメータであることを特徴とする請求項第(1)項
    に記載の電極。
  3. (3)多相層が完全な被覆を形成しており、その厚さが
    0.5乃至2.0マイクロメータであることを特徴とす
    る請求項第(1)項に記載の電極。
  4. (4)多相層中で導電性酸化物とともに使用されている
    ドーパントがMg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、P
    r、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho
    、Er、Tm、Yb、Y、Al及びこれらの混合物から
    成る群から選択されることを特徴とする請求項第(1)
    項に記載の電極。
  5. (5)導電性酸化物が、酸化セリウムと、Mg、Ca、
    Sr、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、E
    u、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y、
    Al及びこれらの混合物から成る群から選択された物質
    をドープした酸化セリウムとから成る群から選択される
    ことを特徴とする請求項第(1)項に記載の電極。
  6. (6)細粒状金属粒子がニッケル粒子であり、この多相
    層中のニッケル粒子により電極上の電気化学的に活性な
    部位の数が増加し、酸化セリウム及びCaとSmとこれ
    らの混合物とから成る群から選択した物質をドープした
    酸化セリウムから前記導電性酸化物が選択使用され、粗
    粒状金属粒子がジルコニアから成る骨格構造中に部分的
    に埋め込まれていることを特徴とする請求項第(1)項
    に記載の電極。
  7. (7)酸素イオン導電性固体電解質に接合された多孔質
    外側電極に別の電子伝導性層を被覆する方法であって、
    前記電解質は内側電極とも接触しており、 1)(a)金属含有成分がニッケル、コバルト及びこれ
    らの混合物から選択され且つ塩成分が硝酸塩、酢酸塩、
    プロピオン酸塩、ブチレート及びこれらの混合物から選
    択された第一金属含有塩と、(b)金属含有成分がセリ
    ウム、ドープしたセリウム、ストロンチウム・チタニウ
    ム、ドープしたストロンチウム・チタニウム及びこれら
    の混合物から選択され且つ塩成分が硝酸塩、酢酸塩、プ
    ロピオン酸塩、ブチレート及びこれらの混合物から成る
    群から選択されたものである第二金属含有塩と、 (c)非イオン表面活性剤と、 から成る混合物を多孔質外側電極に被覆し;2)酸化セ
    リウム、ドープした酸化セリウム、チタン酸ストロンチ
    ウム、ドープしたチタン酸ストロンチウム及びこれらの
    混合物から選択した導電性酸化物より成り、分離したニ
    ッケル粒子、分離したコバルト粒子及びこれらの混合物
    から成る群から選択した細粒状金属粒子沈殿物であって
    直径が0.05乃至1.75マイクロメータである細粒
    状金属粒子を含有する別個の固体状で電子伝導性の多孔
    質多相層を形成することの出来る温度で、ニッケル、コ
    バルト及びこれらの混合物を還元する雰囲気中で被覆混
    合物を加熱することを特徴とする方法。
  8. (8)被覆された多孔質外側電極が、ジルコニアから成
    る骨格構造中に部分的に埋め込まれた直径3乃至35マ
    イクロメータの粗粒状金属粒子から成り、工程(2)で
    形成された細粒状金属粒子沈殿物の直径が0.25乃至
    0.75マイクロメータであることを特徴とする請求項
    第(7)項に記載の方法。
  9. (9)第二の金属含有塩中の金属とともに使用されるド
    ーパントが、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、P
    r、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho
    、Er、Tm、Yb、Y、Al及びこれら混合物から選
    択され、工程(2)での加熱が50℃/時間乃至100
    ℃/時間の加熱速度で行なわれることを特徴とする請求
    項第(7)項に記載の方法。
JP1302265A 1989-03-22 1989-11-22 多孔質燃料電極 Expired - Lifetime JP2963119B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/327,478 US5021304A (en) 1989-03-22 1989-03-22 Modified cermet fuel electrodes for solid oxide electrochemical cells
US327.478 1989-03-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02262260A true JPH02262260A (ja) 1990-10-25
JP2963119B2 JP2963119B2 (ja) 1999-10-12

Family

ID=23276707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1302265A Expired - Lifetime JP2963119B2 (ja) 1989-03-22 1989-11-22 多孔質燃料電極

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5021304A (ja)
JP (1) JP2963119B2 (ja)
KR (1) KR900015373A (ja)
CA (1) CA2000917A1 (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04206269A (ja) * 1990-11-29 1992-07-28 Fujikura Ltd 固体電解質型燃料電池
KR100681997B1 (ko) * 2004-03-23 2007-02-15 가부시끼가이샤 도시바 비수성 전해질 이차 전지
JP2007513852A (ja) * 2003-10-29 2007-05-31 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. 金属酸化物薄膜及びその製造方法
JP2007311198A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 固体酸化物形燃料電池用の電極の製造方法及び固体酸化物形燃料電池
JP2009110933A (ja) * 2007-08-31 2009-05-21 Technical Univ Of Denmark 酸化セリウム及びチタン酸ストロンチウムに基づく電極
JP2010177105A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池の発電膜及びこれを備える固体電解質型燃料電池
JP2010534400A (ja) * 2007-07-25 2010-11-04 ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア 高温電気化学装置用のインタロッキング組織及びその製法と使用法
WO2012133438A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 独立行政法人産業技術総合研究所 中低温高効率電気化学セル及びそれらから構成される電気化学反応システム
US8524419B2 (en) 2004-09-13 2013-09-03 Kyocera Corporation Electrode support for fuel cells
JP2022013200A (ja) * 2020-07-03 2022-01-18 日産自動車株式会社 金属複合酸化物形成用前駆体水溶液、該前駆体水溶液を用いた固体酸化物形燃料電池用空気極の製造方法、及び固体酸化物形燃料電池単セル

Families Citing this family (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07118327B2 (ja) * 1990-07-07 1995-12-18 日本碍子株式会社 固体電解質型燃料電池及びこれに用いる多孔質電極体
US5106654A (en) * 1990-07-20 1992-04-21 Westinghouse Electric Corp. Method of forming a dense, high temperature electronically conductive composite layer on a porous ceramic substrate
JP2513920B2 (ja) * 1990-09-26 1996-07-10 日本碍子株式会社 固体電解質燃料電池の燃料電極及びその製造方法
JPH05135787A (ja) * 1991-03-28 1993-06-01 Ngk Insulators Ltd 固体電解質膜の製造方法及び固体電解質型燃料電池の製造方法
US5230849A (en) * 1991-06-04 1993-07-27 Michael S. Hsu Electrochemical converter assembly and overlay methods of forming component structures
US5474800A (en) * 1991-06-20 1995-12-12 Tokyo Gas Company, Ltd. Method for preparing anode for solid oxide fuel cells
EP0546714B1 (en) * 1991-12-13 1999-08-04 Imperial Chemical Industries Plc Cathode for use in electrolytic cell
JP3317523B2 (ja) * 1992-07-27 2002-08-26 新日本石油株式会社 固体電解質型燃料電池
US5589285A (en) * 1993-09-09 1996-12-31 Technology Management, Inc. Electrochemical apparatus and process
JP3424356B2 (ja) * 1994-10-28 2003-07-07 株式会社デンソー 酸素センサ素子及びその製造方法
US5993986A (en) * 1995-11-16 1999-11-30 The Dow Chemical Company Solide oxide fuel cell stack with composite electrodes and method for making
US6117582A (en) * 1995-11-16 2000-09-12 The Dow Chemical Company Cathode composition for solid oxide fuel cell
US5858314A (en) * 1996-04-12 1999-01-12 Ztek Corporation Thermally enhanced compact reformer
RU2125324C1 (ru) * 1996-11-11 1999-01-20 Горина Лилия Федоровна Способ изготовления единичного высокотемпературного топливного элемента и его компонентов: катода, электролита, анода, токопрохода, интерфейсного и электроизолирующего слоев
WO1998028808A1 (en) * 1996-12-20 1998-07-02 Tokyo Gas Co., Ltd. Fuel electrode of solid electrolyte type fuel cell and process for the preparation of the same
US6338809B1 (en) * 1997-02-24 2002-01-15 Superior Micropowders Llc Aerosol method and apparatus, particulate products, and electronic devices made therefrom
US5935727A (en) * 1997-04-10 1999-08-10 The Dow Chemical Company Solid oxide fuel cells
US6228520B1 (en) 1997-04-10 2001-05-08 The Dow Chemical Company Consinterable ceramic interconnect for solid oxide fuel cells
CA2288048A1 (en) * 1997-04-28 1998-11-05 British Nuclear Fuels Plc Improvements in and relating to gas generators
US5922486A (en) * 1997-05-29 1999-07-13 The Dow Chemical Company Cosintering of multilayer stacks of solid oxide fuel cells
US6099985A (en) * 1997-07-03 2000-08-08 Gas Research Institute SOFC anode for enhanced performance stability and method for manufacturing same
US5908713A (en) * 1997-09-22 1999-06-01 Siemens Westinghouse Power Corporation Sintered electrode for solid oxide fuel cells
RU2128384C1 (ru) * 1997-10-07 1999-03-27 Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им.акад.А.И.Лейпунского Твердооксидный топливный элемент и способ его изготовления
RU2128385C1 (ru) * 1997-11-25 1999-03-27 Государственный научный центр РФ "Физико-энергетический институт им.академика А.И.Лейпунского" Электрод твердооксидного топливного элемента и способ его изготовления
US6946209B1 (en) 2000-09-25 2005-09-20 Siemens Westinghouse Power Corporation Desulfurization for fuel cell systems using sulfur separating membranes
RU2197558C2 (ru) * 2000-11-10 2003-01-27 Государственное унитарное предприятие Государственный научный центр Российской Федерации Физико-энергетический институт им. акад. А.И. Лейпунского Способ изготовления каталитически активных слоев
RU2197039C2 (ru) * 2000-11-10 2003-01-20 Государственное унитарное предприятие Государственный научный центр РФ Физико-энергетический институт им. акад. А.И. Лейпунского Твердооксидный топливный элемент и способ его изготовления
US6811741B2 (en) * 2001-03-08 2004-11-02 The Regents Of The University Of California Method for making thick and/or thin film
RU2212724C1 (ru) * 2002-01-10 2003-09-20 Саратовский государственный технический университет Электрод сравнения
US20040018409A1 (en) * 2002-02-28 2004-01-29 Shiqiang Hui Solid oxide fuel cell components and method of manufacture thereof
US7670711B2 (en) * 2002-05-03 2010-03-02 Battelle Memorial Institute Cerium-modified doped strontium titanate compositions for solid oxide fuel cell anodes and electrodes for other electrochemical devices
US7527717B2 (en) * 2002-06-28 2009-05-05 Rosemount Analytical, Inc. Sulfur resistant sensors
US7468218B2 (en) * 2004-05-07 2008-12-23 Battelle Memorial Institute Composite solid oxide fuel cell anode based on ceria and strontium titanate
JP5260052B2 (ja) * 2004-06-10 2013-08-14 テクニカル ユニバーシティ オブ デンマーク 固体酸化物型燃料電池
SE528379C2 (sv) * 2004-11-30 2006-10-31 Sandvik Intellectual Property Bränslecellskomponent med en komplex oxid bildande beläggning, anordningar innefattande komponenten och metod att framställa komponenten
SE528303C2 (sv) 2004-11-30 2006-10-17 Sandvik Intellectual Property Bandprodukt med en spinell- eller perovskitbildande beläggning, elektrisk kontakt och metod att framställa produkten
WO2006069753A1 (en) * 2004-12-28 2006-07-06 Technical University Of Denmark Method of producing metal to glass, metal to metal or metal to ceramic connections
US8039175B2 (en) * 2005-01-12 2011-10-18 Technical University Of Denmark Method for shrinkage and porosity control during sintering of multilayer structures
CN101151751B (zh) * 2005-01-31 2010-05-26 丹麦科技大学 氧化还原稳定的阳极
JP5208518B2 (ja) * 2005-02-02 2013-06-12 テクニカル ユニバーシティ オブ デンマーク 可逆式固体酸化物型燃料電池を製造する方法
US20080138669A1 (en) * 2005-03-24 2008-06-12 Ohio University Sulphur-Tolerant Anode For Solid Oxide Fuel Cell
JP2008538543A (ja) * 2005-04-21 2008-10-30 ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア 前駆体物質溶浸およびコーティング方法
US20070037041A1 (en) 2005-08-12 2007-02-15 Gm Global Technology Operations, Inc. Electrocatalyst Supports for Fuel Cells
ES2434442T3 (es) * 2005-08-31 2013-12-16 Technical University Of Denmark Apilamiento sólido reversible de pilas de combustible de óxido y método para preparar el mismo
US7645535B2 (en) * 2005-11-14 2010-01-12 General Electric Company Method and materials for bonding electrodes to interconnect layers in solid oxide fuel cell stacks
RU2310256C2 (ru) * 2005-12-16 2007-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" Трубчатый элемент (варианты) для батарей высокотемпературных электрохимических устройств с тонкослойным твердым электролитом и способ его изготовления
WO2007112435A2 (en) * 2006-03-28 2007-10-04 Ohio University Solid oxide fuel cell process and apparatus
ES2394194T3 (es) * 2006-11-23 2013-01-23 Technical University Of Denmark Método para la producción de celdas reversibles de óxidos sólidos
RU2335830C1 (ru) * 2007-05-10 2008-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" Способ низкотемпературного нанесения низкоомного каталитически активного покрытия на контактные слои биполярной пластины в катодной полости твердооксидного топливного элемента
ATE527718T1 (de) * 2007-05-31 2011-10-15 Elcogen As Verfahren zur herstellung einer festoxid- brennstoffzellen-einzelzelle
US20090139877A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Da Yu Wang Composition for use in a nox electrode, method of making the same, articles derived therefrom, and method of detecting nox
US8163353B2 (en) * 2008-07-08 2012-04-24 Siemens Energy, Inc. Fabrication of copper-based anodes via atmosphoric plasma spraying techniques
US9642192B2 (en) * 2011-08-04 2017-05-02 Fuelcell Energy, Inc. Method and manufacturing assembly for sintering fuel cell electrodes and impregnating porous electrodes with electrolyte powders by induction heating for mass production
US10611931B2 (en) 2015-08-28 2020-04-07 Dupont Electronics, Inc. Electrically conductive adhesives
WO2017035709A1 (en) 2015-08-28 2017-03-09 E.I. Du Pont De Nemours And Company Coated copper particles and use thereof
WO2017035710A1 (en) 2015-08-28 2017-03-09 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electrically conductive adhesives

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4490444A (en) 1980-12-22 1984-12-25 Westinghouse Electric Corp. High temperature solid electrolyte fuel cell configurations and interconnections
US4582766A (en) * 1985-03-28 1986-04-15 Westinghouse Electric Corp. High performance cermet electrodes
US4702971A (en) * 1986-05-28 1987-10-27 Westinghouse Electric Corp. Sulfur tolerant composite cermet electrodes for solid oxide electrochemical cells
US4767518A (en) * 1986-06-11 1988-08-30 Westinghouse Electric Corp. Cermet electrode
US4847172A (en) * 1988-02-22 1989-07-11 Westinghouse Electric Corp. Low resistance fuel electrodes
US4849254A (en) * 1988-02-25 1989-07-18 Westinghouse Electric Corp. Stabilizing metal components in electrodes of electrochemical cells

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04206269A (ja) * 1990-11-29 1992-07-28 Fujikura Ltd 固体電解質型燃料電池
JP2007513852A (ja) * 2003-10-29 2007-05-31 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. 金属酸化物薄膜及びその製造方法
KR100681997B1 (ko) * 2004-03-23 2007-02-15 가부시끼가이샤 도시바 비수성 전해질 이차 전지
US8524419B2 (en) 2004-09-13 2013-09-03 Kyocera Corporation Electrode support for fuel cells
JP2007311198A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 固体酸化物形燃料電池用の電極の製造方法及び固体酸化物形燃料電池
JP2010534400A (ja) * 2007-07-25 2010-11-04 ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア 高温電気化学装置用のインタロッキング組織及びその製法と使用法
JP2009110933A (ja) * 2007-08-31 2009-05-21 Technical Univ Of Denmark 酸化セリウム及びチタン酸ストロンチウムに基づく電極
JP2010177105A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池の発電膜及びこれを備える固体電解質型燃料電池
WO2012133438A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 独立行政法人産業技術総合研究所 中低温高効率電気化学セル及びそれらから構成される電気化学反応システム
JP2012212624A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 中低温高効率電気化学セル及びそれらから構成される電気化学反応システム
JP2022013200A (ja) * 2020-07-03 2022-01-18 日産自動車株式会社 金属複合酸化物形成用前駆体水溶液、該前駆体水溶液を用いた固体酸化物形燃料電池用空気極の製造方法、及び固体酸化物形燃料電池単セル

Also Published As

Publication number Publication date
US5021304A (en) 1991-06-04
JP2963119B2 (ja) 1999-10-12
CA2000917A1 (en) 1990-09-22
KR900015373A (ko) 1990-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2963119B2 (ja) 多孔質燃料電極
US4702971A (en) Sulfur tolerant composite cermet electrodes for solid oxide electrochemical cells
US4812329A (en) Method of making sulfur tolerant composite cermet electrodes for solid oxide electrochemical cells
US5543239A (en) Electrode design for solid state devices, fuel cells and sensors
RU2342740C2 (ru) Твердооксидные топливные элементы с несущим анодом и с керметным электролитом
US6958196B2 (en) Porous electrode, solid oxide fuel cell, and method of producing the same
CN101151751B (zh) 氧化还原稳定的阳极
CN101847725B (zh) 一种a缺位型钙钛矿结构固体氧化物燃料电池阴极材料
Negishi et al. Application of electrophoretic deposition technique to solid oxide fuel cells
US4861345A (en) Method of bonding a conductive layer on an electrode of an electrochemical cell
US20080193803A1 (en) Precursor Infiltration and Coating Method
JP5552222B2 (ja) セラミック層の加工法及び加工物品
JP3786402B2 (ja) 固体電解質型燃料電池用空気極への電極活性酸化物の導入方法
JP5389378B2 (ja) 複合セラミック電解質構造、その製造方法及び関連物品
EP0388558B1 (en) Exterior porous high activity cermet fuel electrode
KR102652200B1 (ko) 초음파 스프레이법을 이용 미세구조 제어를 통한 고활성 전극 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지
JP3871903B2 (ja) 固体電解質型燃料電池用燃料極への電極活性酸化物の導入方法
US20060280864A1 (en) Method for electrode deposition for solid oxide fuel cells
JP5550223B2 (ja) セラミック電解質の処理方法および関連製品
JP2947495B2 (ja) 固体電解質型燃料電池の燃料電極作製法
JP3342610B2 (ja) 固体電解質型燃料電池セル
KR100833626B1 (ko) 서멧 전해질을 사용하는 애노드 지지된 고체 산화물 연료 전지
Tucker et al. Fabrication processes for solid state electrochemical devices
KR100278468B1 (ko) 이트리아 안정화 지르코니아 졸을 이용한 고체 산화물 연료전지 공기극의 성능 향상 방법
KR20240000287A (ko) 초음파 분무법을 이용한 고체산화물 연료전지용 공기극 형성 방법 및 이를 이용하여 제조된 고체산화물 연료전지