JPH0365517A - 固体電解質型燃料電池セパレータ - Google Patents
固体電解質型燃料電池セパレータInfo
- Publication number
- JPH0365517A JPH0365517A JP1196785A JP19678589A JPH0365517A JP H0365517 A JPH0365517 A JP H0365517A JP 1196785 A JP1196785 A JP 1196785A JP 19678589 A JP19678589 A JP 19678589A JP H0365517 A JPH0365517 A JP H0365517A
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- Japan
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- lanthanum chromite
- compound oxide
- alkaline earth
- lanthanum
- earth metal
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- Y—GENERAL 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
- 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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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (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。
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〕
本発明は新規なランタンクロマイト系複合酸化物とその
高温導電性材料及び固体電解質型燃料電池セパレータと
しての用途に係る。この新規なランタンクロマイト系複
合酸化物は高導電性かつ緻密であり、固体電解質型燃料
電池、MHD発電そ〔従来の技術〕 ランタンクロマイト(LaCrOz)は高温において導
電性をもち、かつ耐酸化性、耐還元性に優れるために、
高温の腐食性雰囲気で使用する導体材料として極めて有
望視されている酸化物系セラミ・ソクスである。
高温導電性材料及び固体電解質型燃料電池セパレータと
しての用途に係る。この新規なランタンクロマイト系複
合酸化物は高導電性かつ緻密であり、固体電解質型燃料
電池、MHD発電そ〔従来の技術〕 ランタンクロマイト(LaCrOz)は高温において導
電性をもち、かつ耐酸化性、耐還元性に優れるために、
高温の腐食性雰囲気で使用する導体材料として極めて有
望視されている酸化物系セラミ・ソクスである。
ランタンクロマイトにマグネシウム、カルシウム、スト
ロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属を微量不
純物元素として添加することにより、導電率を向上させ
ることができる。ランタンクロマイトはペロブスカイト
構造(ABO,C式中、A、Bは金属元素、○は酸素で
ある。)〕をなしている。添加したカルシウム、ストロ
ンチウム、バリウムはランタンクロマイト格子中ランタ
ン位置に置換固溶しており、一方マグネシウムはクロム
位置に置換固溶している。
ロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属を微量不
純物元素として添加することにより、導電率を向上させ
ることができる。ランタンクロマイトはペロブスカイト
構造(ABO,C式中、A、Bは金属元素、○は酸素で
ある。)〕をなしている。添加したカルシウム、ストロ
ンチウム、バリウムはランタンクロマイト格子中ランタ
ン位置に置換固溶しており、一方マグネシウムはクロム
位置に置換固溶している。
上記、微量元素添加ランタンクロマイトは導電率の点で
は十分な性能を有しているが、常圧大気中では緻密な焼
結が得られにくく空隙が生じるためにガスを十分に遮断
できないという欠点がある。
は十分な性能を有しているが、常圧大気中では緻密な焼
結が得られにくく空隙が生じるためにガスを十分に遮断
できないという欠点がある。
したがって、例えば固体電解質燃料電池のセパレータ材
料としてランタンクロマイトを用いようとした場合、燃
料ガスと空気を完全に分離することが不可能であり、こ
の目的に用いることができなかった。
料としてランタンクロマイトを用いようとした場合、燃
料ガスと空気を完全に分離することが不可能であり、こ
の目的に用いることができなかった。
ランタンクロマイトにおいて容易に緻密な焼結体が得ら
れないのは、第一に焼成温度において酸化クロムの蒸気
圧が高く、ランタンクロマイトの分解によって生じた酸
化クロムが蒸発して泡となって焼結体中に残留するため
であり、第二にイオンの拡散がきわめて遅く原料粉末の
界面が移動しにくいためである。
れないのは、第一に焼成温度において酸化クロムの蒸気
圧が高く、ランタンクロマイトの分解によって生じた酸
化クロムが蒸発して泡となって焼結体中に残留するため
であり、第二にイオンの拡散がきわめて遅く原料粉末の
界面が移動しにくいためである。
そこで、本発明はこの点を解決し緻密な焼結体を常圧大
気中で容易に得られるようにするとともに、導電率にお
いても従来よりも向上せしめることを目的とする。
気中で容易に得られるようにするとともに、導電率にお
いても従来よりも向上せしめることを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、一般式Lal−
xMJr+−YCOYO3(式中、Mはマグネシウムを
除くアルカリ土類金属であり、Q<x≦0.5であり、
0<y<1である。〉で表わされかつペロブスカイト構
造を持つことを特徴とする新規なランタンクロマイト系
複合酸化物と、これを用いた高温導電性材料及び固体電
解質型燃料電池を提供する。
xMJr+−YCOYO3(式中、Mはマグネシウムを
除くアルカリ土類金属であり、Q<x≦0.5であり、
0<y<1である。〉で表わされかつペロブスカイト構
造を持つことを特徴とする新規なランタンクロマイト系
複合酸化物と、これを用いた高温導電性材料及び固体電
解質型燃料電池を提供する。
この新規なランタンクロマイト系複合酸化物は、上記一
般式で表わされるペロブスカイト型構造を有し、最も理
想的には、ペロブスカイト型(ABO3)構造のAサイ
トにLa 、BサイトにCrが配置したランタンクロマ
イトの基本構造において、Laの一部がアルカリ土類金
属で置換され、かつさらにCrの一部がCOで置換され
た構造をなしていると考えられる。
般式で表わされるペロブスカイト型構造を有し、最も理
想的には、ペロブスカイト型(ABO3)構造のAサイ
トにLa 、BサイトにCrが配置したランタンクロマ
イトの基本構造において、Laの一部がアルカリ土類金
属で置換され、かつさらにCrの一部がCOで置換され
た構造をなしていると考えられる。
Laの一部をアルカリ土類金属で置換することよって導
電性が向上する。ただし、マグネシウムはAサイトのL
aではなくBサイトのCrと置換するので、本発明では
用いない。アルカリ土類金属の置換量は、モル比で0.
5まで、好ましくは0.2〜0.5である。これらのア
ルカリ土類金属による置換がこの範囲内で多いほど導電
性は高くなるが、この範囲を越えて増加するともはやL
aと置換しきれなくなり、ペロブスカイト構造以外の複
合酸化物(例えばCaCr01.5rCr04など〉を
生じ、その特性を著しく低下させる。
電性が向上する。ただし、マグネシウムはAサイトのL
aではなくBサイトのCrと置換するので、本発明では
用いない。アルカリ土類金属の置換量は、モル比で0.
5まで、好ましくは0.2〜0.5である。これらのア
ルカリ土類金属による置換がこの範囲内で多いほど導電
性は高くなるが、この範囲を越えて増加するともはやL
aと置換しきれなくなり、ペロブスカイト構造以外の複
合酸化物(例えばCaCr01.5rCr04など〉を
生じ、その特性を著しく低下させる。
コバルトはランタンクロマイト格子のBサイトのクロム
の一部と置換して酸化クロムの蒸気圧を下げ、その蒸発
を抑制するために緻密な焼結体を得ることが可能になる
。また、コバルトの添加も焼結体の導電率を向上させる
効果があり、コバルトを添加しない場合の2倍以上の導
電率が得られる。コバルトの置換量はモル比でO<y<
Lより好ましくはO<y≦0.5である。コバルトの添
加量が多くなると、ランタンクロマイト格子中への固溶
が困難になり、ランタンコバルタイト(LaCoOs)
が生成するようになる。このランタンコバルタイトは電
子導電性のほかに酸素イオン導電性を有し、また、還元
性雰囲気下で不安定なのでランタンクロマイトとしての
特性を劣化させる。
の一部と置換して酸化クロムの蒸気圧を下げ、その蒸発
を抑制するために緻密な焼結体を得ることが可能になる
。また、コバルトの添加も焼結体の導電率を向上させる
効果があり、コバルトを添加しない場合の2倍以上の導
電率が得られる。コバルトの置換量はモル比でO<y<
Lより好ましくはO<y≦0.5である。コバルトの添
加量が多くなると、ランタンクロマイト格子中への固溶
が困難になり、ランタンコバルタイト(LaCoOs)
が生成するようになる。このランタンコバルタイトは電
子導電性のほかに酸素イオン導電性を有し、また、還元
性雰囲気下で不安定なのでランタンクロマイトとしての
特性を劣化させる。
従って、コバルトの添加量はランタンコバルタイトが生
成しない量か、生成してもその量ができるだけ少ないこ
とが望ましい。
成しない量か、生成してもその量ができるだけ少ないこ
とが望ましい。
本発明の新規なランタンクロマイト系複合酸化物の製造
手法自体は慣用法に従うことができる。
手法自体は慣用法に従うことができる。
すなわち、ランタン源、アルカリ土類金属源、クロム源
、コバルト源を所定比に混合した粉末混合物を所定の温
度、−船釣には、1000〜1600℃、好ましくは1
000〜1200℃で仮焼して得ることができる。仮焼
時間は一般に1〜数十時間、好ましくは1〜10時間で
ある。仮焼雰囲気は大気中等の酸素含有雰囲気中で行な
う。仮焼時の圧力は大気圧でよい。
、コバルト源を所定比に混合した粉末混合物を所定の温
度、−船釣には、1000〜1600℃、好ましくは1
000〜1200℃で仮焼して得ることができる。仮焼
時間は一般に1〜数十時間、好ましくは1〜10時間で
ある。仮焼雰囲気は大気中等の酸素含有雰囲気中で行な
う。仮焼時の圧力は大気圧でよい。
仮焼粉末の成形、焼成も慣用法に従うことができるが、
焼成温度は一般に1300℃以上でに好ましくは150
0℃〜1600℃、焼成時間は焼成体の形状に依存する
が一般にl〜10時間、好ましくは1〜2時間、焼成雰
囲気は酸素含有雰囲気である。本発明のランタンクロマ
イト系複合酸化物は常圧焼結でも緻密な焼結体が得られ
ることを特徴としているが、加圧下で焼結することを排
斥するわけではない。
焼成温度は一般に1300℃以上でに好ましくは150
0℃〜1600℃、焼成時間は焼成体の形状に依存する
が一般にl〜10時間、好ましくは1〜2時間、焼成雰
囲気は酸素含有雰囲気である。本発明のランタンクロマ
イト系複合酸化物は常圧焼結でも緻密な焼結体が得られ
ることを特徴としているが、加圧下で焼結することを排
斥するわけではない。
こうして得られる微量元素添加ランタンクロマイト焼結
体は、常圧大気中における焼成によっても99%以上の
相対密度を得ることができ、かつ導電率も従来組成のも
のと比較して2倍以上の値を得ることができる。
体は、常圧大気中における焼成によっても99%以上の
相対密度を得ることができ、かつ導電率も従来組成のも
のと比較して2倍以上の値を得ることができる。
しかも、この焼結体は耐酸化性、耐還元性に優れている
ので、高温下で耐食性と導電性の両方が要求される高温
導電性材料として有用である。とくに、導電性を有しか
つ耐食性と緻密性を有する点で、固体電解質型燃料電池
のセパレータ材料として有用である。
ので、高温下で耐食性と導電性の両方が要求される高温
導電性材料として有用である。とくに、導電性を有しか
つ耐食性と緻密性を有する点で、固体電解質型燃料電池
のセパレータ材料として有用である。
第1図にプラナ−型固体電解質燃料電池の構造の例を示
す。同図中、1は固体電解質(例、Ca安定化ジルコニ
ア〉のシートで上面にカソード(例、Lao、5sro
、+Mn0s) 2、下面にアノード(例、NiO/
ZrO□サーメット)3が形成されている。4がセパレ
ータで本発明の新規なランタンクロマイト系複合酸化物
で作る。5は4と同じくランタンクロマイト系複合酸化
物で作るが、外部出力端子として使われる。第1図に見
られる通り、セパレータ4はそれに形成された溝によっ
て空気6及び燃料(例、水素)7の流路を構成しかつ空
気6と燃料7を分離するセパレータであると共に、隣接
する単位セルのアノード3とカソード2とを電気的に接
続する役割をも担うものである。外部出力端子25は集
積された単位セルの両端部において空気6と燃料7の流
路を形成すると共にアノード3又はカソード2との電気
的接続を行なう部材でもあり、これも本発明の耐熱部品
で構成する。また、第1図は2つの単位セルを集積した
燃料電池を示したが、3つ以上の単位セルを集積するこ
とも可能で、その場合には各単位セル間にセパレータ4
を挿入する。
す。同図中、1は固体電解質(例、Ca安定化ジルコニ
ア〉のシートで上面にカソード(例、Lao、5sro
、+Mn0s) 2、下面にアノード(例、NiO/
ZrO□サーメット)3が形成されている。4がセパレ
ータで本発明の新規なランタンクロマイト系複合酸化物
で作る。5は4と同じくランタンクロマイト系複合酸化
物で作るが、外部出力端子として使われる。第1図に見
られる通り、セパレータ4はそれに形成された溝によっ
て空気6及び燃料(例、水素)7の流路を構成しかつ空
気6と燃料7を分離するセパレータであると共に、隣接
する単位セルのアノード3とカソード2とを電気的に接
続する役割をも担うものである。外部出力端子25は集
積された単位セルの両端部において空気6と燃料7の流
路を形成すると共にアノード3又はカソード2との電気
的接続を行なう部材でもあり、これも本発明の耐熱部品
で構成する。また、第1図は2つの単位セルを集積した
燃料電池を示したが、3つ以上の単位セルを集積するこ
とも可能で、その場合には各単位セル間にセパレータ4
を挿入する。
実施例1
酸化ランタン11.057 g 、炭酸ストロンチウム
2、505 g 、酸化第ニクロム5.803 g 、
酸化第一コパル) 0.636gを秤量し、メノウ乳鉢
を用いて湿式混合した。この組成はLaolsrO,z
Cro−9COO−103に相当する。この混合粉末を
1200℃にて1時間仮焼した。昇温速度は20℃/m
i nである。こうして得られたランタンクロマイト
粉末をX線回折法により分析した結果、第二相の存在は
確認できず、コバルトはペロブスカイト構造をもったラ
ンタンクロマイト格子中に固溶していることがわかった
。
2、505 g 、酸化第ニクロム5.803 g 、
酸化第一コパル) 0.636gを秤量し、メノウ乳鉢
を用いて湿式混合した。この組成はLaolsrO,z
Cro−9COO−103に相当する。この混合粉末を
1200℃にて1時間仮焼した。昇温速度は20℃/m
i nである。こうして得られたランタンクロマイト
粉末をX線回折法により分析した結果、第二相の存在は
確認できず、コバルトはペロブスカイト構造をもったラ
ンタンクロマイト格子中に固溶していることがわかった
。
この粉末を300 kgf / cutの荷重でフロー
ティング成形し、1600℃にて2時間本焼成した(昇
温温度は5℃/m i n)。
ティング成形し、1600℃にて2時間本焼成した(昇
温温度は5℃/m i n)。
こうして得られた焼結体について、密度ならびに導電率
を測定した。
を測定した。
その結果、密度にして6.5 g /crl (相対密
度99%以上) 、1000℃における導電率にして4
9s/cmを得た。
度99%以上) 、1000℃における導電率にして4
9s/cmを得た。
また、この焼結体を走査型電子顕微鏡ならびにEDX分
光分析によって元素の分布を観察したが、偏析等は見ら
れず添加したコバルトは均一にクロムと置換しているこ
とがわかった。
光分析によって元素の分布を観察したが、偏析等は見ら
れず添加したコバルトは均一にクロムと置換しているこ
とがわかった。
比較のために、以上のものと同製法にて作製したLao
、 asro、 2Cry3組成の焼結体においては密
度5、Og/c++I(相対密度76%)、1000℃
における導電率にして18s/amであった。
、 asro、 2Cry3組成の焼結体においては密
度5、Og/c++I(相対密度76%)、1000℃
における導電率にして18s/amであった。
このように、コバルトを添加することによって密度、導
電率ともにかなり向上していることがわかる。
電率ともにかなり向上していることがわかる。
実施例2〜6
実施例1とほぼ同様の手法により、但し原料粉末秤量後
、ボールミルにて48h以上湿式混合し、乾燥してから
1200℃、2時間の仮焼(昇温速度20℃/m1n)
を行なって、下記組成の焼結体を作製した。その導電率
及び密度を測定した結果と共に下記表に示す。
、ボールミルにて48h以上湿式混合し、乾燥してから
1200℃、2時間の仮焼(昇温速度20℃/m1n)
を行なって、下記組成の焼結体を作製した。その導電率
及び密度を測定した結果と共に下記表に示す。
3 Lao、 、Sro、*Cra、 9Co
、、+0* 49 S /Cm4 L
ao、5sro、 4cro、5co(1,+03
69 s /cm5 Lao、7sr0.
3Cro、acoo10* 68 S /Cm
6 1、ao、 tsro、 3cro、 ffco
Q、 ffo3 81 S / Cm6.3g/cm (0,97) 6、1 g /cffl (0,94) 6、3 g /cnf (0,97) 6.3g/cffl (0,97) 表中の相対密度は、ランタンクロマイトの理論密度を6
.5g/cdとしている。
、、+0* 49 S /Cm4 L
ao、5sro、 4cro、5co(1,+03
69 s /cm5 Lao、7sr0.
3Cro、acoo10* 68 S /Cm
6 1、ao、 tsro、 3cro、 ffco
Q、 ffo3 81 S / Cm6.3g/cm (0,97) 6、1 g /cffl (0,94) 6、3 g /cnf (0,97) 6.3g/cffl (0,97) 表中の相対密度は、ランタンクロマイトの理論密度を6
.5g/cdとしている。
この表から、Sr置換基の増加とともに導電率が向上し
、密度が低下すること、−そしてCO置換量の増加とと
もに導電率が向上していることがδ忍められる。
、密度が低下すること、−そしてCO置換量の増加とと
もに導電率が向上していることがδ忍められる。
これらの焼結体のX線チャートを第2〜6図に示す。
本発明により提供される新規ランタンクロマイト系複合
酸化物は、常圧大気中で容易に緻密化し、かつ導電率も
優れているので、高温で使用する安定な導体材料を提供
することができ、とくに固体電解質型燃料電池のセパレ
ータとして有用である。
酸化物は、常圧大気中で容易に緻密化し、かつ導電率も
優れているので、高温で使用する安定な導体材料を提供
することができ、とくに固体電解質型燃料電池のセパレ
ータとして有用である。
第1図はプラナ−型固体電解質型燃料電池の模式図であ
り、第2〜6図はそれぞれ実施例2〜6の焼結体のX線
チャートである。 1・・・固体電解質、 2・・・カソード、3・・
・アノード、 4・・・接合体、5・・・外部出
力端子、 6・・・空気、7・・・燃料。
り、第2〜6図はそれぞれ実施例2〜6の焼結体のX線
チャートである。 1・・・固体電解質、 2・・・カソード、3・・
・アノード、 4・・・接合体、5・・・外部出
力端子、 6・・・空気、7・・・燃料。
Claims (3)
- 1.一般式La_1_−_xM_xCr_1_−_yC
o_yO_3(式中、Mはマグネシウムを除くアルカリ
土類金属であり、0<x≦0.5であり、0<y<1で
ある。)で表わされかつペロブスカイト構造を持つこと
を特徴とするランタンクロマイト系複合酸化物。 - 2.請求項1記載のランタンクロマイト系複合酸化物か
らなる高温導電性材料。 - 3.請求項1記載のランタンクロマイト系複合酸化物か
らなる固体電解質型燃料電池セパレータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1196785A JP2836852B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 固体電解質型燃料電池セパレータ |
| EP90114626A EP0411547A1 (en) | 1989-07-31 | 1990-07-30 | Lanthanum chromite-based complex oxides and uses thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1196785A JP2836852B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 固体電解質型燃料電池セパレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0365517A true JPH0365517A (ja) | 1991-03-20 |
| JP2836852B2 JP2836852B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=16363599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1196785A Expired - Fee Related JP2836852B2 (ja) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | 固体電解質型燃料電池セパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2836852B2 (ja) |
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| JPH0616471A (ja) * | 1991-06-28 | 1994-01-25 | Nitsukatoo:Kk | 耐熱導電性焼結体 |
| JPH0855630A (ja) * | 1994-05-09 | 1996-02-27 | Air Prod And Chem Inc | 電解質によるイオン輸送用の電気化学固体装置 |
| US6248465B1 (en) | 1998-05-13 | 2001-06-19 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Complex oxide ceramic sintered body and solid-electrolyte fuel cell comprising the same |
| JP2017216110A (ja) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 固体酸化物形燃料電池および該電池の空気極用組成物 |
| CN111902987A (zh) * | 2018-04-17 | 2020-11-06 | 三井金属矿业株式会社 | 固体电解质接合体 |
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-
1989
- 1989-07-31 JP JP1196785A patent/JP2836852B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2017216110A (ja) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 固体酸化物形燃料電池および該電池の空気極用組成物 |
| CN111902987A (zh) * | 2018-04-17 | 2020-11-06 | 三井金属矿业株式会社 | 固体电解质接合体 |
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