[发明专利]电极用催化剂材料、燃料电池用电极、电极用催化剂材料的制造方法和燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及(例如)固体氧化物燃料电池的电极用催化剂材料。更具体地说，本发明涉及(例如)电极用催化剂材料和燃料电池用电极，它们具有更高的还原率，由此具有改善的催化活性，本发明还涉及该电极用催化剂材料的制造方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(以下称为“SOFC”)包括固体电解质-电极层叠体，其中阳极和阴极被设置在固体电解质层的两侧。

用于形成SOFC中的固体电解质层的材料实例包括钙钛矿型氧化物，例如氧化钇稳定的氧化锆(以下称为YSZ)、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)。

通常通过将催化剂成分添加至用于形成固体电解质层的固体氧化物中，从而形成SOFC的阳极。贵金属(如铂)可被用作为催化剂成分，但是贵金属具有生产成本高的缺点。为了避免这种缺点，可以使用廉价镍(Ni)作为催化剂。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2013-161662

发明内容

技术问题

当镍(Ni)用作电极中的催化剂时，例如，将氧化镍粉末添加到用于形成固体电解质的粉末材料中，并将所得材料混合物成型为特定的形状，然后进行烧结并还原，从而获得催化功能。因此，还原率越高，会获得越高的催化功能。

但是，已知的SOFC中的电极中的镍还原率为约90％，这表明催化剂不能表现出足够的催化功能。

为了解决上述问题而完成了本发明。本发明的目的在于提供一种电极用催化剂材料，其具有更高的还原率，由此提高了燃料电池中的催化性能。

问题的解决手段

根据本发明的一个方面，用于燃料电池的电极用催化剂材料包含氧化镍和氧化钴。相对于镍金属成分和钴金属成分的总质量，该电极用催化剂材料中所包含的钴金属成分的量为2质量％至15质量％。

根据本发明的一个方面，制造包含氧化镍和氧化钴的用于燃料电池的电极用催化剂材料的方法包括如下步骤：以相对于镍金属成分和钴金属成分的总质量，该电极用催化剂材料中所包含的钴金属成分的量为2质量％至15质量％的方式，通过浸渍法向氧化镍中添加氧化钴。

根据本发明的一个方面，用于燃料电池的电极用催化剂材料包含氧化镍和氧化铁。相对于镍金属成分和铁金属成分的总质量，该电极用催化剂材料中所包含的铁金属成分的量为2质量％至10质量％。

根据本发明的一个方面，制造包含氧化镍和氧化铁的用于燃料电池的电极用催化剂材料的方法包括如下步骤：以相对于镍金属成分和铁金属成分的总质量，该电极用催化剂材料中所包含的铁金属成分的量为2质量％至10质量％的方式，通过浸渍法向氧化镍中添加氧化铁。

本发明的有益效果

通过提高氧化镍的还原率，从而提高与催化反应相关的镍金属的量，由此能够提高燃料电池的发电效率。

附图说明

[图1]图1是示出了通过X射线吸收精细结构(XAFS)光谱法测定的氧化镍(NiO)和镍金属的数据实例的曲线图。

[图2]图2是示出了将氧化镍(NiO)和镍金属的数据与还原过程中氧化镍的X射线吸收精细结构光谱数据拟合，从而获得所测定的氧化镍还原率的曲线图。

[图3]图3是示出了用于制备根据实施方案的各样品而添加的粉末材料的量的表。

[图4]图4是通过浸渍法而形成的根据本发明的催化剂材料的结构示意图。

[图5]图5是示出了根据一个实施方案的X射线吸收精细结构(XAFS)光谱仪的实例的图。

[图6]图6是示出了测量时的加热过程中的温度和气体氛围变化的曲线图。

[图7]图7是示出了包含氧化镍和氧化钴的复合催化剂的还原率的时间进程的曲线图。

[图8]图8是示出了包含氧化镍和氧化铁的复合催化剂还原率的时间进程的曲线图。

[图9]图9是示出了根据图7的氧化钴的还原率的时间进程的曲线图。

[图10]图10是示出了根据图8的氧化铁的还原率的时间进程的曲线图。

[图11]图11是示出了包含氧化镍和氧化钴的复合催化剂的还原率的表。

[图12]图12是示出了图11中氧化镍和氧化钴的还原率的柱形图。

[图13]图13是示出了包含氧化镍和氧化铁的复合催化剂的还原率的表。

[图14]图14是示出了图13中氧化镍和氧化铁的还原率的柱形图。

具体实施方式

[燃料电池用电极中Ni催化剂的还原]