JPH0831432A - 低温作動可能な固体電解質型燃料電池 - Google Patents
低温作動可能な固体電解質型燃料電池Info
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- JPH0831432A JPH0831432A JP6186370A JP18637094A JPH0831432A JP H0831432 A JPH0831432 A JP H0831432A JP 6186370 A JP6186370 A JP 6186370A JP 18637094 A JP18637094 A JP 18637094A JP H0831432 A JPH0831432 A JP H0831432A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質の導電率が高く、発電特性に優れ
るのみならず、８００〜９００℃での低い作動温度での
使用も可能な固体電解質（ＳＯＦＣ）型燃料電池を提供
すること。 【構成】 ＳＯＦＣ型燃料電池において固体電解質材料
がスカンジア安定化ジルコニア材料により構成されてお
り、この材料の主成分であるジルコニア材料がスカンジ
アの配合により結晶構造の安定化が図られている。
るのみならず、８００〜９００℃での低い作動温度での
使用も可能な固体電解質（ＳＯＦＣ）型燃料電池を提供
すること。 【構成】 ＳＯＦＣ型燃料電池において固体電解質材料
がスカンジア安定化ジルコニア材料により構成されてお
り、この材料の主成分であるジルコニア材料がスカンジ
アの配合により結晶構造の安定化が図られている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
（以下、「ＳＯＦＣ」）と略称する。）に関し、さらに
詳しくは８００〜９５０℃程度の作動温度でも十分に電
力を得ることができる低温作動可能なＳＯＦＣ型燃料電
池に関するものである。
（以下、「ＳＯＦＣ」）と略称する。）に関し、さらに
詳しくは８００〜９５０℃程度の作動温度でも十分に電
力を得ることができる低温作動可能なＳＯＦＣ型燃料電
池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の燃料電池としては、電解質
の種類によってリン酸型（以下、「ＰＡＦＣ」と略称す
る。）、溶融炭酸塩型（以下、「ＭＣＦＣ」と略称す
る。）、および固体電解質型（ＳＯＦＣ）が知られてい
る。
の種類によってリン酸型（以下、「ＰＡＦＣ」と略称す
る。）、溶融炭酸塩型（以下、「ＭＣＦＣ」と略称す
る。）、および固体電解質型（ＳＯＦＣ）が知られてい
る。
【０００３】この中でＳＯＦＣ型燃料電池は、電解質材
料としてリン酸水溶液や溶融炭酸塩のような液体状材料
の代わりにイオン導電性を有する固体電解質材料を用い
たものであり、ＰＡＦＣ型やＭＣＦＣ型の燃料電池に比
べて発電効率が高く、高い温度の排熱が得られることか
ら、オンサイト用コージェネレーションシステムへの適
用が期待されている。
料としてリン酸水溶液や溶融炭酸塩のような液体状材料
の代わりにイオン導電性を有する固体電解質材料を用い
たものであり、ＰＡＦＣ型やＭＣＦＣ型の燃料電池に比
べて発電効率が高く、高い温度の排熱が得られることか
ら、オンサイト用コージェネレーションシステムへの適
用が期待されている。
【０００４】ところでこのＳＯＦＣ型燃料電池において
は、固体電解質材料の電気的特性、特に導電率が電池の
性能に大きく影響することから、従来この固体電解質材
料として、イットリア安定化ジルコニア（以下、「ＹＳ
Ｚ」と略称する。）材料が用いられてきた。このＹＳＺ
材料は、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）材料がこの種ＳＯＦＣ
型燃料電池の作動温度近辺の約１１５０℃付近で単斜晶
形から正方晶形へ結晶構造の変化を起こして容積変化を
生じることから、この容積変化を防ぐ手段としてイット
リア（Ｙ2Ｏ3）をこのＺｒＯ2 材料中に固溶させて結晶
構造の安定化を図ったものである。
は、固体電解質材料の電気的特性、特に導電率が電池の
性能に大きく影響することから、従来この固体電解質材
料として、イットリア安定化ジルコニア（以下、「ＹＳ
Ｚ」と略称する。）材料が用いられてきた。このＹＳＺ
材料は、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）材料がこの種ＳＯＦＣ
型燃料電池の作動温度近辺の約１１５０℃付近で単斜晶
形から正方晶形へ結晶構造の変化を起こして容積変化を
生じることから、この容積変化を防ぐ手段としてイット
リア（Ｙ2Ｏ3）をこのＺｒＯ2 材料中に固溶させて結晶
構造の安定化を図ったものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のＳＯＦＣ型燃料電池では、作動温度を低くすることが
電池の耐久性能を向上させる上で望ましい。そしてこの
作動温度を下げることができれば、電解質以外の電池部
材に安価で加工が容易な耐熱金属を用いることができる
のでＳＯＦＣシステムのコストダウンも期待できるもの
である。
のＳＯＦＣ型燃料電池では、作動温度を低くすることが
電池の耐久性能を向上させる上で望ましい。そしてこの
作動温度を下げることができれば、電解質以外の電池部
材に安価で加工が容易な耐熱金属を用いることができる
のでＳＯＦＣシステムのコストダウンも期待できるもの
である。
【０００６】しかるに前述の従来一般に知られてきたＹ
ＳＺ固体電解質材料を用いたＳＯＦＣ型燃料電池では、
その作動温度を下げていくと電解質の内部抵抗が増大
し、電力の低下をもたらすという問題がある。そこで従
来、作動温度は１０００℃前後の高温でなければならな
いとされてきた。
ＳＺ固体電解質材料を用いたＳＯＦＣ型燃料電池では、
その作動温度を下げていくと電解質の内部抵抗が増大
し、電力の低下をもたらすという問題がある。そこで従
来、作動温度は１０００℃前後の高温でなければならな
いとされてきた。
【０００７】ちなみに図１７に、従来一般に知られてき
たＹＳＺ固体電解質材料を用いたＳＯＦＣ型燃料電池の
発電特性を示す。用いられたＹＳＺ電解質材料は、イッ
トリア配合量８モル％のもの（以下、「８ＹＳＺ」と表
記する。）であり、横軸に電流密度、縦軸に作動電圧お
よび電力密度を示すが、図示されるように、作動温度が
１０００℃の高い温度ではまずまずの良好な発電特性を
示すのに対し、９００℃，８００℃と作動温度を下げて
いくと発電特性も急激に損なわれるという結果となって
いる。
たＹＳＺ固体電解質材料を用いたＳＯＦＣ型燃料電池の
発電特性を示す。用いられたＹＳＺ電解質材料は、イッ
トリア配合量８モル％のもの（以下、「８ＹＳＺ」と表
記する。）であり、横軸に電流密度、縦軸に作動電圧お
よび電力密度を示すが、図示されるように、作動温度が
１０００℃の高い温度ではまずまずの良好な発電特性を
示すのに対し、９００℃，８００℃と作動温度を下げて
いくと発電特性も急激に損なわれるという結果となって
いる。
【０００８】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、８
００〜９５０℃程度の低い作動温度でも良好な発電特性
を維持できるＳＯＦＣ型燃料電池を提供することにあ
る。これにより、燃料電池としての耐久性能を向上さ
せ、また安価で加工の容易な材料を電解質以外の部材な
どに使用できるようにして製作コストの低廉化をも達成
せんとするものである。
めになされたものであり、その目的とするところは、８
００〜９５０℃程度の低い作動温度でも良好な発電特性
を維持できるＳＯＦＣ型燃料電池を提供することにあ
る。これにより、燃料電池としての耐久性能を向上さ
せ、また安価で加工の容易な材料を電解質以外の部材な
どに使用できるようにして製作コストの低廉化をも達成
せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため本発明は、ジルコニア材料を主成分とし、これに
スカンジアを適量配合し、８００〜９５０℃の温度域に
おけるジルコニア材料の結晶構造を安定化させてなる固
体電解質材料によるセル構造を有することを要旨とする
ものである。
るため本発明は、ジルコニア材料を主成分とし、これに
スカンジアを適量配合し、８００〜９５０℃の温度域に
おけるジルコニア材料の結晶構造を安定化させてなる固
体電解質材料によるセル構造を有することを要旨とする
ものである。
【００１０】この場合にスカンジアはジルコニア材料中
に８〜１５モル％固溶されているのが望ましく、これに
より固体電解質材料であるジルコニア材料の結晶構造の
安定化が図られる。またこの固体電解質材料にアルミナ
を０.１ 〜２０ｗｔ％の範囲で適量配合することにより
曲げ強度等の機械的特性が向上する。ただし、アルミナ
の配合量が増すにつれ導電率が低下するので少な目に配
合するのがよい。
に８〜１５モル％固溶されているのが望ましく、これに
より固体電解質材料であるジルコニア材料の結晶構造の
安定化が図られる。またこの固体電解質材料にアルミナ
を０.１ 〜２０ｗｔ％の範囲で適量配合することにより
曲げ強度等の機械的特性が向上する。ただし、アルミナ
の配合量が増すにつれ導電率が低下するので少な目に配
合するのがよい。
【００１１】
【実施例】以下に本発明について各種実験を行なったの
でその結果を詳細に説明する。 （実験方法）初めに図１に本発明のＳＯＦＣ型燃料電池
に供されるスカンジア安定化ジルコニア固体電解質の調
製法について示し、これについて説明する。ＳｃＳＺ原
料粉末は、Ｓｃ2Ｏ3を原子レベルで均一に混合すること
を目的として、ゾルゲル法（蟻酸法）により調製した。
はじめに、Ｓｃ2Ｏ3（９９.９％ ）を加熱した濃硝酸に
溶解させ、蒸留水で希釈したのち、所定量のＺｒＯ（Ｎ
Ｏ3）2・２Ｈ2Ｏ を加えた。この溶液に蟻酸とポリエチ
レングリコールを加え、攪拌しながら加熱固化して前駆
体を得た。つぎに、得られた前駆体を８００℃で１２時
間仮焼して結晶化させ、ＳｃＳＺ原料粉末とした。この
段階で大部分の Ｓｃ2Ｏ3はＺｒＯ2 に固溶している。
でその結果を詳細に説明する。 （実験方法）初めに図１に本発明のＳＯＦＣ型燃料電池
に供されるスカンジア安定化ジルコニア固体電解質の調
製法について示し、これについて説明する。ＳｃＳＺ原
料粉末は、Ｓｃ2Ｏ3を原子レベルで均一に混合すること
を目的として、ゾルゲル法（蟻酸法）により調製した。
はじめに、Ｓｃ2Ｏ3（９９.９％ ）を加熱した濃硝酸に
溶解させ、蒸留水で希釈したのち、所定量のＺｒＯ（Ｎ
Ｏ3）2・２Ｈ2Ｏ を加えた。この溶液に蟻酸とポリエチ
レングリコールを加え、攪拌しながら加熱固化して前駆
体を得た。つぎに、得られた前駆体を８００℃で１２時
間仮焼して結晶化させ、ＳｃＳＺ原料粉末とした。この
段階で大部分の Ｓｃ2Ｏ3はＺｒＯ2 に固溶している。
【００１２】ＳｃＳＺ−Ａｌ2Ｏ3複合材料は、ＳｃＳＺ
原料粉末に所定量のα−Ａｌ2Ｏ3（平均粒径０.２μｍ
）を加え、ボールミルで湿式混合したのち乾燥して原
料粉末とした。得られた原料粉末は金型で一軸成形した
のち、静水圧プレス（ＣＩＰ）２０００ｋｇ／ｃｍ2 で
成形した。つぎに成形体を１５００〜１７００℃で５〜
１５時間焼成して焼結体を得た。
原料粉末に所定量のα−Ａｌ2Ｏ3（平均粒径０.２μｍ
）を加え、ボールミルで湿式混合したのち乾燥して原
料粉末とした。得られた原料粉末は金型で一軸成形した
のち、静水圧プレス（ＣＩＰ）２０００ｋｇ／ｃｍ2 で
成形した。つぎに成形体を１５００〜１７００℃で５〜
１５時間焼成して焼結体を得た。
【００１３】導電率の測定は、直径７ｍｍ，長さ２〜３
ｍｍの円板状焼結体の両面に白金電極を焼き付け、交流
インピーダンス法により行った。周波数は１〜１００ｋ
Ｈｚの範囲とし、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ Ｐｌｏｔで得ら
れた抵抗値と試験片の寸法から試料の導電率を求めた。
焼結体の機械的強度は３ｍｍ（Ｂ）×４ｍｍ（Ｗ）×４
０ｍｍ（Ｌ）の棒状試験片を用い、３点曲げ試験により
行なった。スパン間距離は３０ｍｍ，クロスヘッドスピ
ードは０.５ｍｍ／ｍｉｎ とした。また、その他検討す
べき物性値として破壊靱性値，ビッカース硬度，熱膨張
率をそれぞれ測定した。
ｍｍの円板状焼結体の両面に白金電極を焼き付け、交流
インピーダンス法により行った。周波数は１〜１００ｋ
Ｈｚの範囲とし、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ Ｐｌｏｔで得ら
れた抵抗値と試験片の寸法から試料の導電率を求めた。
焼結体の機械的強度は３ｍｍ（Ｂ）×４ｍｍ（Ｗ）×４
０ｍｍ（Ｌ）の棒状試験片を用い、３点曲げ試験により
行なった。スパン間距離は３０ｍｍ，クロスヘッドスピ
ードは０.５ｍｍ／ｍｉｎ とした。また、その他検討す
べき物性値として破壊靱性値，ビッカース硬度，熱膨張
率をそれぞれ測定した。
【００１４】（実験結果） （１）スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ） 次に表１にＳｃＳＺ焼結体およびＹＳＺ焼結体の導電率
と機械的特性を示す。Ｘ線回析により観察された結晶相
は、Ｓｃ2Ｏ3が８ｍｏｌ％（８ＳｃＳＺ）では立方晶，
１１〜１５ｍｏｌ％では菱面体晶であった。これらの結
果はこれまでに報告されているＳｃ2Ｏ3−ＺｒＯ2 系の
状態図と一致している。ＳｃＳＺ焼結体の導電率は、Ｓ
ｃ2Ｏ3添加量８ｍｏｌ％で最大値となり、Ｓｃ2Ｏ3添加
量の増加とともに減少する傾向を示した。
と機械的特性を示す。Ｘ線回析により観察された結晶相
は、Ｓｃ2Ｏ3が８ｍｏｌ％（８ＳｃＳＺ）では立方晶，
１１〜１５ｍｏｌ％では菱面体晶であった。これらの結
果はこれまでに報告されているＳｃ2Ｏ3−ＺｒＯ2 系の
状態図と一致している。ＳｃＳＺ焼結体の導電率は、Ｓ
ｃ2Ｏ3添加量８ｍｏｌ％で最大値となり、Ｓｃ2Ｏ3添加
量の増加とともに減少する傾向を示した。
【００１５】ＳＯＦＣの運転温度である１０００℃にお
ける導電率はＳｃ2Ｏ3添加量８〜１１ｍｏｌ％で０.３
〜０.４Ｓ／ｃｍの範囲にあり、これはＹＳＺの約２倍
の値である。従来ＳｃＳＺ焼結体について報告されてい
る導電率は１０００℃で ０.１９〜０.２７Ｓ／ｃｍ で
あり、今回これよりも高い導電率を示したその理由は、
原料粉末の調製に液相法を用いたことから、不純物の混
入が少なく、Ｓｃ2Ｏ3がＺｒＯ2 に均一に固溶したため
と考えられる。なお、機械的に粉末を混合してＳｃＳＺ
を調製した場合の導電率は、Ｓｃ2Ｏ3が１２ｍｏｌ％の
とき０.２５ Ｓ／ｃｍであった。
ける導電率はＳｃ2Ｏ3添加量８〜１１ｍｏｌ％で０.３
〜０.４Ｓ／ｃｍの範囲にあり、これはＹＳＺの約２倍
の値である。従来ＳｃＳＺ焼結体について報告されてい
る導電率は１０００℃で ０.１９〜０.２７Ｓ／ｃｍ で
あり、今回これよりも高い導電率を示したその理由は、
原料粉末の調製に液相法を用いたことから、不純物の混
入が少なく、Ｓｃ2Ｏ3がＺｒＯ2 に均一に固溶したため
と考えられる。なお、機械的に粉末を混合してＳｃＳＺ
を調製した場合の導電率は、Ｓｃ2Ｏ3が１２ｍｏｌ％の
とき０.２５ Ｓ／ｃｍであった。
【００１６】
【表１】
【００１７】つぎに、ＳｃＳＺ系焼結体の導電率の温度
依存性を図２に示す。立方晶単相である８ＳｃＳＺは温
度変化とともに連続的に導電率が変化したのに対して、
室温で菱面体晶が観察される１０ＳｃＳＺ〜１５ＳｃＳ
Ｚでは、６００℃前後で導電率が不連続に変化した。こ
れは菱面体晶から立方晶への相転移に対応している。
依存性を図２に示す。立方晶単相である８ＳｃＳＺは温
度変化とともに連続的に導電率が変化したのに対して、
室温で菱面体晶が観察される１０ＳｃＳＺ〜１５ＳｃＳ
Ｚでは、６００℃前後で導電率が不連続に変化した。こ
れは菱面体晶から立方晶への相転移に対応している。
【００１８】図３に８ＳｃＳＺおよび１１ＳｃＳＺの熱
膨張特性を示した。１１ＳｃＳＺの場合には相転移に伴
う熱膨張の不連続性が認められた。しかしながらこのと
きの体積膨張はごくわずかなものであり、ＳＯＦＣへの
適用にあたって実用上は問題ないと考えられる。なお、
常温から１２００℃までの熱膨張率は８ＹＳＺ，８Ｓｃ
ＳＺ，１１ＳｃＳＺいずれも１０〜１１（×１０-6／
Ｋ）の範囲にあった。
膨張特性を示した。１１ＳｃＳＺの場合には相転移に伴
う熱膨張の不連続性が認められた。しかしながらこのと
きの体積膨張はごくわずかなものであり、ＳＯＦＣへの
適用にあたって実用上は問題ないと考えられる。なお、
常温から１２００℃までの熱膨張率は８ＹＳＺ，８Ｓｃ
ＳＺ，１１ＳｃＳＺいずれも１０〜１１（×１０-6／
Ｋ）の範囲にあった。
【００１９】つぎに、焼結体の曲げ強度は、８ＹＳＺと
８ＳｃＳＺを比較すると、いずれも約２８０ＭＰａであ
り、ドーバントをＹ2Ｏ3からＳｃ2Ｏ3にしたことによる
強度変化は認められなかった。１１ＳｃＳＺについて
は、室温での結晶相が菱面体晶であるため強度が異なる
可能性も考えられたが、顕著な強度低下は見られなかっ
た。これらのことから、ＳｃＳＺはＹＳＺと同様の構造
設計でＳＯＦＣ電解質板に使用できると考えられる。他
方、ＳｃＳＺ系焼結体の破壊靱性値は、概して８ＹＳＺ
よりも高い傾向にあった。このことはＳＯＦＣ電解質板
の加工やハンドリングが容易であることを示しており、
ＳＯＦＣの大面積化に有利である。
８ＳｃＳＺを比較すると、いずれも約２８０ＭＰａであ
り、ドーバントをＹ2Ｏ3からＳｃ2Ｏ3にしたことによる
強度変化は認められなかった。１１ＳｃＳＺについて
は、室温での結晶相が菱面体晶であるため強度が異なる
可能性も考えられたが、顕著な強度低下は見られなかっ
た。これらのことから、ＳｃＳＺはＹＳＺと同様の構造
設計でＳＯＦＣ電解質板に使用できると考えられる。他
方、ＳｃＳＺ系焼結体の破壊靱性値は、概して８ＹＳＺ
よりも高い傾向にあった。このことはＳＯＦＣ電解質板
の加工やハンドリングが容易であることを示しており、
ＳＯＦＣの大面積化に有利である。
【００２０】つぎに、ＳＯＦＣの電解質材料に必要な特
性として、電極材料（燃料極Ｎｉ／ＹＳＺ，酸素極Ｌａ
ＳｒＭｎＯ3 ）と反応しないことが求められる。ＹＳＺ
においても、１３００〜１４００℃で酸素極材料である
ＬａＳｒＭｎＯ3 と反応して、絶縁体であるＬａ2Ｚｒ2
Ｏ7 を生成することが報告されている。次の表２に８Ｙ
ＳＺ，および１１ＳｃＳＺ粉末をそれぞれＬａＳｒＭｎ
Ｏ3 粉末と混合し、１０００〜１４００℃で熱処理して
ＬａＳｒＭｎＯ3 との反応性を調査した結果を示す。
性として、電極材料（燃料極Ｎｉ／ＹＳＺ，酸素極Ｌａ
ＳｒＭｎＯ3 ）と反応しないことが求められる。ＹＳＺ
においても、１３００〜１４００℃で酸素極材料である
ＬａＳｒＭｎＯ3 と反応して、絶縁体であるＬａ2Ｚｒ2
Ｏ7 を生成することが報告されている。次の表２に８Ｙ
ＳＺ，および１１ＳｃＳＺ粉末をそれぞれＬａＳｒＭｎ
Ｏ3 粉末と混合し、１０００〜１４００℃で熱処理して
ＬａＳｒＭｎＯ3 との反応性を調査した結果を示す。
【００２１】Ｘ線回析の結果、反応温度１２００℃にお
いて８ＹＳＺではＬａ2Ｚｒ2Ｏ7 が観察されたが、１１
ＳｃＳＺでは観察されなかった。このことから、ＳｃＳ
Ｚは電極との反応性の面でもＹＳＺより良好であり、Ｓ
ＯＦＣの運転温度である１０００℃で問題は生じないこ
とが確認できた。
いて８ＹＳＺではＬａ2Ｚｒ2Ｏ7 が観察されたが、１１
ＳｃＳＺでは観察されなかった。このことから、ＳｃＳ
Ｚは電極との反応性の面でもＹＳＺより良好であり、Ｓ
ＯＦＣの運転温度である１０００℃で問題は生じないこ
とが確認できた。
【００２２】
【表２】
【００２３】（２）ＳｃＳＺ−Ａｌ2Ｏ3複合材料 ＳｃＳＺにＡｌ2Ｏ3を添加した場合には、図４に示すよ
うに、Ａｌ2Ｏ3添加量の増加に伴い、導電率は減少する
結果となった。導電率の値は、Ａｌ2Ｏ3を１５〜２０ｗ
ｔ％添加した材料についてほぼ８ＹＳＺと同等であっ
た。Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2は化合物をつくらないので、Ｚ
ｒＯ2マトリクス中にＡｌ2Ｏ3が単純に分散していると
考えると、複合材料の導電率は、ＺｒＯ2 単体の導電率
と、絶縁体であるＡｌ2Ｏ3の体積分率によって決まるは
ずである。
うに、Ａｌ2Ｏ3添加量の増加に伴い、導電率は減少する
結果となった。導電率の値は、Ａｌ2Ｏ3を１５〜２０ｗ
ｔ％添加した材料についてほぼ８ＹＳＺと同等であっ
た。Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2は化合物をつくらないので、Ｚ
ｒＯ2マトリクス中にＡｌ2Ｏ3が単純に分散していると
考えると、複合材料の導電率は、ＺｒＯ2 単体の導電率
と、絶縁体であるＡｌ2Ｏ3の体積分率によって決まるは
ずである。
【００２４】しかしながら、導電率の低下は予想された
よりも大きなものとなった。同様の現象は８ＹＳＺにつ
いても報告されている。この原因は、（１）ＺｒＯ2 中
にＡｌ2Ｏ3がわずかに固溶すること、また、（２）焼結
の過程でＡｌ2Ｏ3がＺｒＯ2の粒界に偏析し、粒界に存
在する不純物と反応することなどが考えられる。（２）
が原因である場合には、焼結体の微構造を制御するか、
不純物を減少させることにより、さらに導電率を向上で
きる可能性がある。なお、ＳｃＳＺにＡｌ2Ｏ3を２０ｗ
ｔ％添加した材料の曲げ強度は、Ａｌ2Ｏ3を添加しない
場合から約 １.５倍に向上した。このことは、ＳＯＦＣ
電解質板を薄くすることが可能であり、発電性能の向上
が図れることを示している。
よりも大きなものとなった。同様の現象は８ＹＳＺにつ
いても報告されている。この原因は、（１）ＺｒＯ2 中
にＡｌ2Ｏ3がわずかに固溶すること、また、（２）焼結
の過程でＡｌ2Ｏ3がＺｒＯ2の粒界に偏析し、粒界に存
在する不純物と反応することなどが考えられる。（２）
が原因である場合には、焼結体の微構造を制御するか、
不純物を減少させることにより、さらに導電率を向上で
きる可能性がある。なお、ＳｃＳＺにＡｌ2Ｏ3を２０ｗ
ｔ％添加した材料の曲げ強度は、Ａｌ2Ｏ3を添加しない
場合から約 １.５倍に向上した。このことは、ＳＯＦＣ
電解質板を薄くすることが可能であり、発電性能の向上
が図れることを示している。
【００２５】このほかに、Ａｌ2Ｏ3の添加は、（１）焼
結助剤としての効果、（２）菱面体晶となる組成のＳｃ
ＳＺを室温でも立方晶に安定化する効果があることが確
認された。以上のことから、ＳｃＳＺへのＡｌ2Ｏ3添加
は多くの面で効果的であるが、大量に添加した場合には
導電率の低下を招くため、ＳＯＦＣ電解質板として求め
られる特性に応じて最適添加量を決定することが重要で
ある。
結助剤としての効果、（２）菱面体晶となる組成のＳｃ
ＳＺを室温でも立方晶に安定化する効果があることが確
認された。以上のことから、ＳｃＳＺへのＡｌ2Ｏ3添加
は多くの面で効果的であるが、大量に添加した場合には
導電率の低下を招くため、ＳＯＦＣ電解質板として求め
られる特性に応じて最適添加量を決定することが重要で
ある。
【００２６】（ＳｃＳＺ電解質を用いたＳＯＦＣ単電池
の発電性能）上記の実験結果から、ＳｃＳＺはＳＯＦＣ
電解質材料として優れた特性を持っていることがわかっ
たので、つぎにこれを電解質板に用いて小型のＳＯＦＣ
単電池を試作し、その発電性能を評価した。
の発電性能）上記の実験結果から、ＳｃＳＺはＳＯＦＣ
電解質材料として優れた特性を持っていることがわかっ
たので、つぎにこれを電解質板に用いて小型のＳＯＦＣ
単電池を試作し、その発電性能を評価した。
【００２７】（実験方法）ＳｃＳＺ焼結体を前述と同様
の方法で作成し、厚さを調製するため研削加工して電解
質板とした。寸法は１７ｍｍφ×０.２５ｍｍｔ であ
る。燃料極はＮｉ／ＹＳＺサーメット（Ｎｉ：ＹＳＺ＝
４：６）を用い、酸素極にはＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3（Ｘ
＝０.１）を用いた。電極材料はバインダーを添加して
電解質板上にスクリーン印刷し、それぞれ所定の温度で
焼き付けた。焼成後の電極の厚さは２０〜３０μｍ，電
極面積は０.２ｃｍ2である。
の方法で作成し、厚さを調製するため研削加工して電解
質板とした。寸法は１７ｍｍφ×０.２５ｍｍｔ であ
る。燃料極はＮｉ／ＹＳＺサーメット（Ｎｉ：ＹＳＺ＝
４：６）を用い、酸素極にはＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3（Ｘ
＝０.１）を用いた。電極材料はバインダーを添加して
電解質板上にスクリーン印刷し、それぞれ所定の温度で
焼き付けた。焼成後の電極の厚さは２０〜３０μｍ，電
極面積は０.２ｃｍ2である。
【００２８】作成したＳＯＦＣ単電池を図５に示す試験
装置にセットし、定電流発生装置に接続して直流４端子
で発電試験を行なった。燃料は室温で加湿した純水素、
酸化剤には純酸素もしくは空気を用いた。電極特性の評
価は、電解質板の側面に参照電極を取り付けて３端子と
し、前述と同様の方法で交流インピーダンス測定を行
い、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ ＰｌｏｔからＩＲ抵抗と両電
極の分極特性を求めた。
装置にセットし、定電流発生装置に接続して直流４端子
で発電試験を行なった。燃料は室温で加湿した純水素、
酸化剤には純酸素もしくは空気を用いた。電極特性の評
価は、電解質板の側面に参照電極を取り付けて３端子と
し、前述と同様の方法で交流インピーダンス測定を行
い、Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ ＰｌｏｔからＩＲ抵抗と両電
極の分極特性を求めた。
【００２９】（実験結果） （１）ＳｃＳＺ電解質板を用いた単電池の発電特性 図６に１１ＳｃＳＺを電解質板に用いたＳＯＦＣ単電池
の発電特性の一例を示す。運転温度は１０００℃，酸化
剤は純酸素である。電流密度４Ａ／ｃｍ2 において、最
大電力密度２.１Ｗ／ｃｍ2が得られ、０.７Ｖ出力時に
は約２Ａ／ｃｍ2の電流を取り出すことができた。８Ｙ
ＳＺを電解質板に用いた場合の最大電力密度は１Ｗ／ｃ
ｍ2 前後であったので、最大電力密度は約２倍に向上し
たことになる。
の発電特性の一例を示す。運転温度は１０００℃，酸化
剤は純酸素である。電流密度４Ａ／ｃｍ2 において、最
大電力密度２.１Ｗ／ｃｍ2が得られ、０.７Ｖ出力時に
は約２Ａ／ｃｍ2の電流を取り出すことができた。８Ｙ
ＳＺを電解質板に用いた場合の最大電力密度は１Ｗ／ｃ
ｍ2 前後であったので、最大電力密度は約２倍に向上し
たことになる。
【００３０】これを確認するため、電極特性の測定結果
から、各電流密度における全抵抗を アノード（燃料極）の分極，カソード（酸素極）の
分極，ＩＲ抵抗に分離した結果を図７（ａ），（ｂ）
（(a)：８ＹＳＺ，(b)：１１ＳｃＳＺ）に分極電圧とし
て示す。アノード分極，カソード分極はばらつきが見ら
れるものの、分極電圧はいずれも１００ｍＶ以下であ
り、全抵抗への寄与度は小さかった。他方、ＩＲ抵抗分
は８ＹＳＺと１１ＳｃＳＺで約２倍異なっており、電解
質抵抗の減少が発電性能の向上につながったことがわか
る。図７のＩＲ抵抗から逆算した電解質材料の導電率は
８ＹＳＺで０.１０Ｓ／ｃｍ、１１ＳｃＳＺで０.２１Ｓ
／ｃｍとなり、前述の焼結体サンプルで測定した導電率
よりも低くなったが、これは測定の中に接触抵抗などの
未知抵抗分を含んでいるためである。
から、各電流密度における全抵抗を アノード（燃料極）の分極，カソード（酸素極）の
分極，ＩＲ抵抗に分離した結果を図７（ａ），（ｂ）
（(a)：８ＹＳＺ，(b)：１１ＳｃＳＺ）に分極電圧とし
て示す。アノード分極，カソード分極はばらつきが見ら
れるものの、分極電圧はいずれも１００ｍＶ以下であ
り、全抵抗への寄与度は小さかった。他方、ＩＲ抵抗分
は８ＹＳＺと１１ＳｃＳＺで約２倍異なっており、電解
質抵抗の減少が発電性能の向上につながったことがわか
る。図７のＩＲ抵抗から逆算した電解質材料の導電率は
８ＹＳＺで０.１０Ｓ／ｃｍ、１１ＳｃＳＺで０.２１Ｓ
／ｃｍとなり、前述の焼結体サンプルで測定した導電率
よりも低くなったが、これは測定の中に接触抵抗などの
未知抵抗分を含んでいるためである。
【００３１】電解質部分の抵抗を減らすことで高い電力
密度が得られることは既に他社の報告からも明らかであ
るが、いずれも電解質を薄膜とした支持膜型であり、薄
膜製造プロセスのコストや電解質膜の信頼性の面で課題
が残っている。製造コストが低い自立膜平板型ＳＯＦＣ
で、これまでにない高い電力密度が得られたことは低コ
ストで高性能なＳＯＦＣ開発の可能性を示すものであ
る。
密度が得られることは既に他社の報告からも明らかであ
るが、いずれも電解質を薄膜とした支持膜型であり、薄
膜製造プロセスのコストや電解質膜の信頼性の面で課題
が残っている。製造コストが低い自立膜平板型ＳＯＦＣ
で、これまでにない高い電力密度が得られたことは低コ
ストで高性能なＳＯＦＣ開発の可能性を示すものであ
る。
【００３２】（２）低温作動ＳＯＦＣの可能性 ＹＳＺを電解質材料に用いたＳＯＦＣにおいて十分な発
電性能を得るためには、作動温度は１０００℃前後が必
要とされている。作動温度を下げることができれば、セ
パレータや電池容器など、電解質以外の電池部材に安価
で加工が容易な耐熱金属が利用できるのでＳＯＦＣシス
テムのコストダウンが期待できる。また、燃料極材料の
焼結による長期性能の劣化が起こりにくくなるため、長
期耐久性に優れたＳＯＦＣシステムが開発できる。
電性能を得るためには、作動温度は１０００℃前後が必
要とされている。作動温度を下げることができれば、セ
パレータや電池容器など、電解質以外の電池部材に安価
で加工が容易な耐熱金属が利用できるのでＳＯＦＣシス
テムのコストダウンが期待できる。また、燃料極材料の
焼結による長期性能の劣化が起こりにくくなるため、長
期耐久性に優れたＳＯＦＣシステムが開発できる。
【００３３】そこでＳｃＳＺを電解質材料としたＳＯＦ
Ｃを１０００℃以下の低温で作動させた場合の特性を評
価した。図２に示したＳｃＳＺの導電率の温度依存性を
考慮すると、作動温度は８００〜９００℃まで下げるこ
とが可能と考えられる。そこで作動温度を８００℃，９
００℃，１０００℃とした場合の発電特性を図８に示し
た。酸化剤は純酸素である。
Ｃを１０００℃以下の低温で作動させた場合の特性を評
価した。図２に示したＳｃＳＺの導電率の温度依存性を
考慮すると、作動温度は８００〜９００℃まで下げるこ
とが可能と考えられる。そこで作動温度を８００℃，９
００℃，１０００℃とした場合の発電特性を図８に示し
た。酸化剤は純酸素である。
【００３４】最大電力密度は作動温度の低下とともに減
少しているが、９００℃でも１Ｗ／ｃｍ2 以上が得ら
れ、８５０℃程度でも十分実用になり、８００℃でも何
とか使用できる範囲にあると考えられる。また、１００
時間程度の連続発電試験の結果から、作動温度を低下さ
せることにより電池の耐久性能が大幅に向上することが
確認できた。しかしながら、酸化剤を空気とした場合に
は、９００℃以下における発電性能は大幅に低下する結
果となった。 図９に酸化剤の違いによる電極特性の比
較を示す。作動温度は９００℃である。１０００℃にお
ける結果と比較すると、アノード分極，カソード分極，
ＩＲ抵抗ともに増大しているが、酸化剤を空気とした場
合にはこれらが更に大きくなっている。特に電流密度の
増加とともにカソードの分極が顕著に増大していること
がわかる。このことから、酸化剤を空気とした低温作動
ＳＯＦＣを実現するためには、電解質材料だけでなく、
酸素極材料の性能向上が必要となることがわかった。
少しているが、９００℃でも１Ｗ／ｃｍ2 以上が得ら
れ、８５０℃程度でも十分実用になり、８００℃でも何
とか使用できる範囲にあると考えられる。また、１００
時間程度の連続発電試験の結果から、作動温度を低下さ
せることにより電池の耐久性能が大幅に向上することが
確認できた。しかしながら、酸化剤を空気とした場合に
は、９００℃以下における発電性能は大幅に低下する結
果となった。 図９に酸化剤の違いによる電極特性の比
較を示す。作動温度は９００℃である。１０００℃にお
ける結果と比較すると、アノード分極，カソード分極，
ＩＲ抵抗ともに増大しているが、酸化剤を空気とした場
合にはこれらが更に大きくなっている。特に電流密度の
増加とともにカソードの分極が顕著に増大していること
がわかる。このことから、酸化剤を空気とした低温作動
ＳＯＦＣを実現するためには、電解質材料だけでなく、
酸素極材料の性能向上が必要となることがわかった。
【００３５】図１０〜図１６は、それぞれ作動温度を下
げたときの発電特性や分極電圧特性を示したものであ
る。初めに図１０は、１１ＳｃＳＺ電解質材料を用い、
作動温度８５０℃での発電特性を示している。この図１
０で明らかなように、１００時間程度の連続発電試験の
結果において発電前と発電後とで発電性能の低下はほと
んど認められない。
げたときの発電特性や分極電圧特性を示したものであ
る。初めに図１０は、１１ＳｃＳＺ電解質材料を用い、
作動温度８５０℃での発電特性を示している。この図１
０で明らかなように、１００時間程度の連続発電試験の
結果において発電前と発電後とで発電性能の低下はほと
んど認められない。
【００３６】図１１は、発電時間の経過による作動電圧
特性を示したものである。電解質材料は１１ＳｃＳＺを
用い、作動温度は８５０，９００，１０００℃の３段階
で示している。また、電流密度は、１Ａ／ｃｍ2 として
いる。この図１１に示されるように、８５０，９００℃
程度の低い作動温度でも０.７ Ｖ以上の電圧が得られ、
１００時間以上の持続的な発電特性を維持することが確
認された。
特性を示したものである。電解質材料は１１ＳｃＳＺを
用い、作動温度は８５０，９００，１０００℃の３段階
で示している。また、電流密度は、１Ａ／ｃｍ2 として
いる。この図１１に示されるように、８５０，９００℃
程度の低い作動温度でも０.７ Ｖ以上の電圧が得られ、
１００時間以上の持続的な発電特性を維持することが確
認された。
【００３７】尚、この図１１には示していないが、ＹＳ
Ｚ電解質材料を用いたものは、作動温度８５０，９０
０，１０００℃のいずれの場合もＳｃＳＺ材料よりも低
い電圧値を示しており、各作動温度においてＹＳＺ材料
よりもＳｃＳＺ材料の方が発電特性に優れていることも
確認されている。また８５０℃，９００℃では０.７ Ｖ
以下の電圧しか得られないため十分な電力量が得られ
ず、発電効率も低くなってしまう（発電効率は出力電圧
に比例するため）。
Ｚ電解質材料を用いたものは、作動温度８５０，９０
０，１０００℃のいずれの場合もＳｃＳＺ材料よりも低
い電圧値を示しており、各作動温度においてＹＳＺ材料
よりもＳｃＳＺ材料の方が発電特性に優れていることも
確認されている。また８５０℃，９００℃では０.７ Ｖ
以下の電圧しか得られないため十分な電力量が得られ
ず、発電効率も低くなってしまう（発電効率は出力電圧
に比例するため）。
【００３８】図１２は、図１１に示した作動電圧特性を
作動時間（発電時間）と電圧比Ｖ／Ｖ0 との関係で示し
たものである。ここにＶは各測点時間での電圧値、Ｖ0
は初期電圧値を示している。作動温度が高い場合には作
動時間の経過とともに電圧比が低下し、その低下度は大
きいが、作動温度が低い場合（８５０℃、９００℃）に
は作動時間が経過しても電圧比はそれほど低下しない。
作動時間（発電時間）と電圧比Ｖ／Ｖ0 との関係で示し
たものである。ここにＶは各測点時間での電圧値、Ｖ0
は初期電圧値を示している。作動温度が高い場合には作
動時間の経過とともに電圧比が低下し、その低下度は大
きいが、作動温度が低い場合（８５０℃、９００℃）に
は作動時間が経過しても電圧比はそれほど低下しない。
【００３９】図１３及び図１４は、１１ＳｃＳＺ材料を
用い、作動温度８５０℃での分極電圧特性を示し、図１
３は使用前、図１４は作動時間１００時間経過した時点
でのデータを示している。カソード分極，アノード分
極，ＩＲ抵抗ともに使用前後でほとんど変わらず、トー
タルの電圧降下（抵抗）もほとんど変化していない。
用い、作動温度８５０℃での分極電圧特性を示し、図１
３は使用前、図１４は作動時間１００時間経過した時点
でのデータを示している。カソード分極，アノード分
極，ＩＲ抵抗ともに使用前後でほとんど変わらず、トー
タルの電圧降下（抵抗）もほとんど変化していない。
【００４０】図１５（ａ），（ｂ）は、この材料におけ
る作動温度９００℃での使用前および作動時間経過後の
分極電圧特性を示し、図１６（ａ），（ｂ）は作動温度
１０００℃での同様の分極電圧特性を示している。作動
温度が９００℃，１０００℃と若干高くなるとカソード
分極，アノード分極，ＩＲ抵抗ともに増大の傾向にあ
り、トータルの電圧降下（抵抗）も増大していることが
わかる。
る作動温度９００℃での使用前および作動時間経過後の
分極電圧特性を示し、図１６（ａ），（ｂ）は作動温度
１０００℃での同様の分極電圧特性を示している。作動
温度が９００℃，１０００℃と若干高くなるとカソード
分極，アノード分極，ＩＲ抵抗ともに増大の傾向にあ
り、トータルの電圧降下（抵抗）も増大していることが
わかる。
【００４１】以上の各種実験結果をまとめると、ＳＯＦ
Ｃにおける電解質材料としてスカンジア安定化ジルコニ
ア（ＳｃＳＺ）を用いてＳＯＦＣ単電池を試作して発電
試験を行なった結果、以下のことがわかった。
Ｃにおける電解質材料としてスカンジア安定化ジルコニ
ア（ＳｃＳＺ）を用いてＳＯＦＣ単電池を試作して発電
試験を行なった結果、以下のことがわかった。
【００４２】（１）ＳｃＳＺ材料はＹＳＺ材料の約２倍
の導電率を持ち、機械的特性も同等であることから、Ｓ
ＯＦＣの電解質材料として優れた特性を持っている。 （２）ＳｃＳＺ材料にＡｌ2Ｏ3を分散させることによ
り、導電率は低下したが、ＳｃＳＺ材料の機械的強度を
向上させることができた。 （３）ＳｃＳＺ材料を電解質としたＳＯＦＣの発電試験
において、従来のＹＳＺ材料を用いたものより約２倍の
最大電力密度が得られた。 （４）ＳｃＳＺ材料を電解質としたＳＯＦＣは、低温作
動ＳＯＦＣとして優れた特性を持つが、酸化剤を空気と
した場合には、酸素極材料の性能をさらに向上させる必
要がある。
の導電率を持ち、機械的特性も同等であることから、Ｓ
ＯＦＣの電解質材料として優れた特性を持っている。 （２）ＳｃＳＺ材料にＡｌ2Ｏ3を分散させることによ
り、導電率は低下したが、ＳｃＳＺ材料の機械的強度を
向上させることができた。 （３）ＳｃＳＺ材料を電解質としたＳＯＦＣの発電試験
において、従来のＹＳＺ材料を用いたものより約２倍の
最大電力密度が得られた。 （４）ＳｃＳＺ材料を電解質としたＳＯＦＣは、低温作
動ＳＯＦＣとして優れた特性を持つが、酸化剤を空気と
した場合には、酸素極材料の性能をさらに向上させる必
要がある。
【００４３】
【発明の効果】以上各種の実験結果からも明かなよう
に、本発明に係る固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
は、固体電解質材料として従来から一般的に知られてい
るＹＳＺ電解質材料に代えてＳｃＳＺ材料を用いるもの
であるが、このＳｃＳＺ材料はＹＳＺ材料に較べて高い
導電率を有し、発電特性に優れていることのほかに、作
動温度を８００〜９５０℃の低温度に下げてもその良好
な発電特性を維持できるものである。したがって作動温
度を低く目に設定することにより燃料電池としての耐久
性能を向上させることができ、また電解質材料以外の電
池部材に安価で加工が容易な耐熱金属材料を用いること
ができることにより製作コストの低廉化をも図り得るも
のであり、オンサイト用コージェネレーションシステム
への実用化へ大いに寄与し得るものである。
に、本発明に係る固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
は、固体電解質材料として従来から一般的に知られてい
るＹＳＺ電解質材料に代えてＳｃＳＺ材料を用いるもの
であるが、このＳｃＳＺ材料はＹＳＺ材料に較べて高い
導電率を有し、発電特性に優れていることのほかに、作
動温度を８００〜９５０℃の低温度に下げてもその良好
な発電特性を維持できるものである。したがって作動温
度を低く目に設定することにより燃料電池としての耐久
性能を向上させることができ、また電解質材料以外の電
池部材に安価で加工が容易な耐熱金属材料を用いること
ができることにより製作コストの低廉化をも図り得るも
のであり、オンサイト用コージェネレーションシステム
への実用化へ大いに寄与し得るものである。
【図１】本発明に係る固体電解質型燃料電池における固
体電解質材料の調製法を説明するための工程図である。
体電解質材料の調製法を説明するための工程図である。
【図２】本発明に係るＳｃＳＺ系焼結体材料の導電率特
性についての温度依存性を示した図である。
性についての温度依存性を示した図である。
【図３】本発明に係るＳｃＳＺ系電解質材料および１１
ＳｃＳＺ電解質材料の熱膨張特性を示した図である。
ＳｃＳＺ電解質材料の熱膨張特性を示した図である。
【図４】本発明に係るＳｃＳＺ（８ＳｃＳＺ）材料にＡ
ｌ2Ｏ3（α−Ａｌ2Ｏ3）を添加した場合のＡｌ2Ｏ3添加
量と導電率との関係を示した図である。
ｌ2Ｏ3（α−Ａｌ2Ｏ3）を添加した場合のＡｌ2Ｏ3添加
量と導電率との関係を示した図である。
【図５】本発明に係るＳＯＦＣ単電池の試験装置の概略
構成図である。
構成図である。
【図６】本発明に係る１１ＳｃＳＺ固体電解質材料を用
いたＳＯＦＣ単電池の発電特性を８ＹＳＺ固体電解質板
を用いたＳＯＦＣ単電池との比較において示した図であ
る。
いたＳＯＦＣ単電池の発電特性を８ＹＳＺ固体電解質板
を用いたＳＯＦＣ単電池との比較において示した図であ
る。
【図７】（ａ）は、本発明に係る８ＹＳＺ固体電解質材
料を用いたＳＯＦＣ単電池の電極特性（電流密度とアノ
ード極・カソード極の分極電圧との関係）を示した図で
ある。（ｂ）は、本発明に係る１１ＳｃＳＺ固体電解質
材料を用いたＳＯＦＣ単電池の電極特性（電流密度とア
ノード極・カソード極の分極電圧との関係）を示した図
である。
料を用いたＳＯＦＣ単電池の電極特性（電流密度とアノ
ード極・カソード極の分極電圧との関係）を示した図で
ある。（ｂ）は、本発明に係る１１ＳｃＳＺ固体電解質
材料を用いたＳＯＦＣ単電池の電極特性（電流密度とア
ノード極・カソード極の分極電圧との関係）を示した図
である。
【図８】本発明に係るＳｃＳＺ（１１ＳｃＳＺ）固体電
解質材料を用いたＳＯＦＣ単電池における作動温度の違
いによる影響（電流密度と作動電圧および電力密度との
関係）を示した図である。
解質材料を用いたＳＯＦＣ単電池における作動温度の違
いによる影響（電流密度と作動電圧および電力密度との
関係）を示した図である。
【図９】本発明に係る酸化剤の違いによる電極特性の比
較データを示した図である。作動温度は９００℃であ
る。
較データを示した図である。作動温度は９００℃であ
る。
【図１０】本発明に係る１１ＳｃＳＺ固体電解質材料を
用いたＳＯＦＣ単電池における８５０℃の作動温度での
発電特性（電流密度と作動電圧および電力密度との関
係）を示した図である。
用いたＳＯＦＣ単電池における８５０℃の作動温度での
発電特性（電流密度と作動電圧および電力密度との関
係）を示した図である。
【図１１】本発明に係る１１ＳｃＳＺ固体電解質材料を
用いたＳＯＦＣ単電池における作動温度の違いによる影
響（電流密度：１Ａ／ｃｍ2 での作動時間と作動電圧と
の関係）を示した図である。
用いたＳＯＦＣ単電池における作動温度の違いによる影
響（電流密度：１Ａ／ｃｍ2 での作動時間と作動電圧と
の関係）を示した図である。
【図１２】図１１に示した本発明に係る１１ＳｃＳＺ固
体電解質材料を用いたＳＯＦＣ単電池における作動温度
の違いによる影響のデータにおける作動電圧を作動電圧
比で表わしたデータを示した図である。
体電解質材料を用いたＳＯＦＣ単電池における作動温度
の違いによる影響のデータにおける作動電圧を作動電圧
比で表わしたデータを示した図である。
【図１３】図１１に示した本発明に係る１１ＳｃＳＺ固
体電解質材料を用いたＳＯＦＣ単電池における８５０℃
の作動温度での分極電圧特性（電流密度と分極電圧との
関係−耐久前−）を示した図である。
体電解質材料を用いたＳＯＦＣ単電池における８５０℃
の作動温度での分極電圧特性（電流密度と分極電圧との
関係−耐久前−）を示した図である。
【図１４】図１１に示した本発明に係る１１ＳｃＳＺ固
体電解質材料を用いたＳＯＦＣ単電池における８５０℃
の作動温度での分極電圧特性（電流密度と分極電圧との
関係−耐久後−）を示した図である。
体電解質材料を用いたＳＯＦＣ単電池における８５０℃
の作動温度での分極電圧特性（電流密度と分極電圧との
関係−耐久後−）を示した図である。
【図１５】本発明に係る１１ＳｃＳＺ固体電解質材料を
用いたＳＯＦＣ単電池における９００℃の作動温度での
分極電圧特性（電流密度と分極電圧との関係）を示した
図であり、（ａ）は耐久前、（ｂ）は耐久後のデータで
ある。
用いたＳＯＦＣ単電池における９００℃の作動温度での
分極電圧特性（電流密度と分極電圧との関係）を示した
図であり、（ａ）は耐久前、（ｂ）は耐久後のデータで
ある。
【図１６】本発明に係る１１ＳｃＳＺ固体電解質材料を
用いたＳＯＦＣ単電池における１０００℃の作動温度で
の分極電圧特性（電流密度と分極電圧との関係）を示し
た図であり、（ａ）は耐久前、（ｂ）は耐久後のデータ
である。
用いたＳＯＦＣ単電池における１０００℃の作動温度で
の分極電圧特性（電流密度と分極電圧との関係）を示し
た図であり、（ａ）は耐久前、（ｂ）は耐久後のデータ
である。
【図１７】本発明に係るＹＳＺ（８ＹＳＺ）固体電解質
材料を用いたＳＯＦＣ単電池における作動温度の影響
（電流密度と作動電圧および電力密度との関係）を示し
た図である。
材料を用いたＳＯＦＣ単電池における作動温度の影響
（電流密度と作動電圧および電力密度との関係）を示し
た図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 ジルコニア材料を主成分とし、これにス
カンジアを適量配合し、８００〜９５０℃の温度域にお
けるジルコニア材料の結晶構造を安定化させてなる固体
電解質材料によるセル構造を有することを特徴とする低
温作動可能な固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 スカンジアはジルコニア材料中に８〜１
５モル％固溶されていることを特徴とする請求項１に記
載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 固体電解質の材料にはアルミナが０.１
〜２０ｗｔ％の範囲で適量配合されていることを特徴と
する請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6186370A JPH0831432A (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 低温作動可能な固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6186370A JPH0831432A (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 低温作動可能な固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0831432A true JPH0831432A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=16187200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6186370A Pending JPH0831432A (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 低温作動可能な固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831432A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017130385A (ja) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 第一稀元素化学工業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池用スカンジア安定化ジルコニア粉末及びその製造方法，固体酸化物形燃料電池用スカンジア安定化ジルコニア焼結体及びその製造方法，並びに固体酸化物形燃料電池 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06107462A (ja) * | 1992-08-12 | 1994-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸素イオン導伝体及び固体燃料電池 |
-
1994
- 1994-07-14 JP JP6186370A patent/JPH0831432A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06107462A (ja) * | 1992-08-12 | 1994-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸素イオン導伝体及び固体燃料電池 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017130385A (ja) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | 第一稀元素化学工業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池用スカンジア安定化ジルコニア粉末及びその製造方法，固体酸化物形燃料電池用スカンジア安定化ジルコニア焼結体及びその製造方法，並びに固体酸化物形燃料電池 |
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