[发明专利]燃料电极用电极材料、固体电解质-电极层叠体、固体电解质-电极层叠体的制造方法以及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物型燃料电池中的燃料电极用电极材料。 更具体地说，本发明涉及一种燃料电极用电极材料、利用该材料形成 的固体电解质-电极层叠体、制造该固体电解质-电极层叠体的方法以及 燃料电池，其中，该电极材料构成了包括具有质子传导性的固体电解 质层的燃料电池的燃料电极。

背景技术

固体氧化物型燃料电池(以下称为“SOFC”)包括固体电解质 -电极层叠体，其中燃料电极和空气电极布置在固体电解质层的两侧。

作为构成SOFC中的固体电解质层的材料，已知的有钇掺杂的 铈酸钡(以下称为“BCY”)和钇掺杂的锆酸钡(以下称为“BZY”)， 它们是钙钛矿型氧化物。这些固体氧化物在中低温下(不高于700℃) 具有良好的质子传导性，因而被视为是有望用于在中低温下运行的 SOFC的电极材料。

通常通过将催化剂组分添加至构成固体电解质层的固体氧化物 中来形成SOFC的燃料电极。将贵金属(如铂)用作催化剂组分，这 导致了制造成本增加的问题。为了避免这个问题，可以使用便宜的镍 (Ni)作为催化剂。

此外，为了降低固体电解质层中的离子传导性阻抗，期望的是 尽可能降低固体电解质层的厚度。然而，当形成薄的固体电解质层时， 固体电解质层的强度降低，这会在生产过程和使用当中引发一些问题。 因此，在许多情况下，采用了具有这样的结构(阳极支撑结构)的固 体电解质-电极层叠体，其中固体电解质层形成在厚厚形成的燃料电 极的表面上，从而确保作为层叠体的强度。

为了制造固体电解质-电极层叠体，可以采用这样一种方法，其 中将固体电解质粉末薄薄地涂布在燃料电极粉末成形体上，将得到的 层叠体进行烧制，从而整体形成固体电解质-燃料电极层叠体，然后 在其上形成空气电极。

专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2005-19041

发明内容

技术问题

在其中BCY用作固体电解质材料并且向BCY中添加作为催化剂 组分的Ni的燃料电极中，电解质材料很可能通过与CO₂反应而被分解， 因此不能够确保所需的耐久性。因此，存在的问题在于无法使用包含 CO₂的气体(如重整气)作为燃料。

为了避免上述问题，可以使用由贵金属构成的氢分离膜，然而， 其会造成制造成本增加的问题。

另一方面，其中将BZY用作固体电解质材料并且向BZY中添加 作为催化剂组分的Ni的燃料电极相对于CO₂是稳定的。然而，当在使 用其中向BZY中添加作为催化剂的Ni的燃料电极材料时，存在的问 题是燃料电池的发电性能降低。

特别地，对于具有这样的阳极支撑结构的燃料电池，其发电性能 通常比理论上预期的低，其中该阳极支撑结构是通过这样的方式获得 的：将燃料电极用粉末材料压缩成形为预定的厚度，从而形成成形体， 将作为固体电解质材料的BZY粉末涂布到该成形体的表面上，然后进 行一体化烧结。

虽然发电性能降低的详细原因尚未明确，然而经证实：添加到电 极层的Ni与燃料电极中的BZY以及其邻接的电解质层发生作用，从 而生成反应产物。据推测该反应使得BZY中的组分流出，并降低了BZY 的传导性，或者反应产物本身阻碍了导电性和离子传导性。

为了解决上述问题而构思了本发明，本发明的目的在于提供一种 燃料电极用电极材料，其中该电极材料能够确保对CO₂的抗性(CO₂resistance)，并且不会降低燃料电极的导电性或固体电解质层的离子 传导性。

问题的解决手段

根据本发明的一个实施方案，提供了一种燃料电极用电极材料， 该电极材料构成了包括质子传导性固体电解质层的燃料电池的燃料电 极，该电极材料包含钙钛矿型固体电解质组分和镍(Ni)催化剂组分， 其中所述固体电解质组分包含钡组分、锆组分、铈组分和钇组分，并 且以摩尔比计算，所述固体电解质组分中的锆组分与铈组分的混合比 设为1:7至7:1。

发明的有益效果

本发明能够提供一种燃料电极用电极材料，其中该电极材料具有 对CO₂的抗性并且不会降低燃料电极的导电性或固体电解质层的离子 传导性。

附图说明