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正極材料及び固体酸化物形燃料電池 UPDATE

国内特許コード P110002390
整理番号 07-252
掲載日 2011年4月15日
出願番号 特願2007-189973
公開番号 特開2009-026659
登録番号 特許第5212967号
出願日 平成19年7月20日(2007.7.20)
公開日 平成21年2月5日(2009.2.5)
登録日 平成25年3月8日(2013.3.8)
発明者
  • 平田 好洋
  • 鮫島 宗一郎
  • 松永 直樹
  • 下之薗 太郎
出願人
  • 国立大学法人 鹿児島大学
発明の名称 正極材料及び固体酸化物形燃料電池 UPDATE
発明の概要 【課題】希土類固溶セリアの電解質を用いた固体酸化物形燃料電池において、高性能の正極材料を提供する。
【解決手段】希土類固溶セリアの電解質を用いた固体酸化物形燃料電池において、電解質と化学反応が起こりにくく、電子伝導性が高く、さらに酸素との反応性の高いSrRuO3を正極材料に含むようにし、従来よりも出力性能を向上させるとともに、正極の性能劣化を抑えることができるようにする。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


燃料電池は、化学反応のエネルギーを電気エネルギーへ直接変換することができるデバイスである。この燃料電池は、エネルギー変換効率が高く、水素を燃料に用いると排出ガスとして無害な水蒸気を排出する特徴を有している。そのため、次世代のエネルギーシステムとして活発な研究・開発が行われている。



このような燃料電池の中でも、特に、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell、以下、SOFCと称す)と呼ばれているものは、他の燃料電池に比べてエネルギー変換効率が高く、水素以外の炭化水素、天然ガス、灯油等も燃料として利用できるという特徴を有している。さらに、電池の構成物質がすべて固体であり、電解液の漏れがなく、773K以上で作動させるため、排熱が利用できるなどの特徴も有している。



従来、SOFCの電解質には、酸化物イオン導電体であるイットリア安定化ジルコニア(Zr0.92Y0.08O1.96, Yttria-Stabilized Zirconia、以下、YSZと称す)が用いられている。また、カソード(正極)には、ランタンストロンチウムマンガナイト(La1-xSrxMnO3)が用いられ、アノード(負極)には、Ni-YSZサーメット材料が用いられている。なお、高い酸化物イオン電導度を得るために、電池の作動温度は1073~1273Kとしている。



2006年度より、新エネルギー・産業技術総合開発機構において、実用化のための耐久試験が行われている。SOFCを普及させるためには、耐久性の向上及び材料コストの低減が要求されており、そのため、作動温度を約873~1073Kに低温化させるための研究が精力的に行われている。その方策として、電解質の薄膜化による電気抵抗の低減、及び高イオン電導率を有する電解質材料の探索が検討されている。



そこで、電解質においては、YSZよりも酸化物イオン導電度の高い希土類固溶セリア(Rare earth-Doped Ceria、以下、RDCと称す)が注目されており、これまで、シュウ酸塩共沈法による粉体合成、粉体の焼結挙動、熱膨張および力学的特性、電気伝導度等についての検討が行われている(例えば、非特許文献1~9参照)。



さらに、RDCを電解質に用いた単セルを作製して、いくつかの正極材料及び負極材料(Ni-RDCサーメット)について、発電時のオーム抵抗及び過電圧による電圧降下の調査も行われており、全体の電圧降下に占める割合は、正極部で最も大きいことが知られている(例えば、非特許文献10~12参照)。そこで、RDCの電解質に適する正極材料を開発することが必要とされている。



【非特許文献1】
K. Higashi, K. Sonoda, H. Ono, S. Sameshima and Y. Hirata, "Synthesis and Sintering of Rare Earth-doped Ceria Powder by Oxalate Coprecipitation Method", Journal of Materials Research, 14 (3), 957-967 (1999).
【非特許文献2】
Y. Hirata, H. Ono, K. Higashi, K. Sonoda, S. Sameshima and Y. Ikuma, "Microstructure and Electrical Conductivity of Rare Earth-doped Ceria", Ceramic Transactions, 92, 137-148(1999).
【非特許文献3】
S. Sameshima, K. Higashi and Y. Hirata, "Sintering and Grain Growth of Rare Earch - doped Ceria Particles", Journal of Ceramic Processing Research, 1 (1), 27-33 (2000).
【非特許文献4】
S. Sameshima, T. Ichikawa, M. Kawaminami and Y. Hirata, "Thermal and Mechanical Properties of Rare Earth-doped Ceria Ceramics", Materials Chemistry & Physics, 61, 31-35 (1999).
【非特許文献5】
S. Sameshima, H. Ono, K. Higashi, K. Sonoda and Y. Hirata, "Microstructure of Rare Earth - doped Ceria Prepared by Oxalate Coprecipitation Method", Journal of the Ceramic Society of Japan, 108 (11), 985-988 (2000)
【非特許文献6】
S. Sameshima, H. Ono, K. Higashi, K. Sonoda, Y. Hirata and Y. Ikuma, "Electrical Conductivity and Diffusion of Oxygen Ions in Rare Earth-doped Ceria", Journal of the Ceramic Society of Japan, 108 (12), 1060-1066 (2000).
【非特許文献7】
S. Sameshima, M. Kawaminami and Y. Hirata, "Thermal Expansion of Rare-Earth-Doped Ceria Ceramics", Journal of the Ceramic Society of Japan, 110(7), 597-600 (2002).
【非特許文献8】
T. Shimonosono, Y. Hirata, Y. Ehira, S. Sameshima and T. Horita, "Electronic Conductivity Measurement of Gd- and Sm-Doped Ceria Ceramics by Hebb-Wagner Method", Journal of the Ceramic Society of Japan, 112(5), Supplement Edition, S616-S621 (2004).
【非特許文献9】
T.Shimonosono, Y. Hirata, S.Sameshima and T.Horita, "Electronic Conductivity of La-doped Ceria Ceramics ", Journal of the American Ceramic Society, 88(8), 2114-2120(2005).
【非特許文献10】
Y.Hirata, S.Yokomine, S.Sameshima, T.Shimonosono, S.Kishi and H.Fukudome, "Electrochemical Properties of Solid Oxide Fuel Cell with Sm-Doped Ceria Electrolyte and Cermet Electrodes", Journal of the Ceramic Society of Japan, 113(9), 597-604 (2005).
【非特許文献11】
Y.Hirata, S.Sameshima and G.Hiramatsu, "Dominant Factors Controlling Electric Power of Solid Oxide Fuel Cell with Rare Earth-Doped Ceria Electrolyte", Proceedings of the 23rd International Japan-Korea Seminar on Ceramics, 2006, pp.93-96.
【非特許文献12】
G.Hiramatsu, Y.Hirata, S.Sameshima, N.Matsunaga, Electrochemical Properties of Perovskite Cathode for Solid Oxide Fuel Cell, Materials Science Forum, 544-545, 985-988(2007).

産業上の利用分野


本発明は、希土類固溶セリアを電解質に用いた固体酸化物形燃料電池の正極材料、及びその正極材料を用いた固体酸化物形燃料電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
希土類固溶セリアを電解質とする固体酸化物形燃料電池に用いられる正極材料であって、
前記正極材料がSrRuO3であることを特徴とする正極材料。

【請求項2】
請求項1に記載の正極材料を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007189973thum.jpg
出願権利状態 登録
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