特許6366054IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

複合層構造体及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池のカソード製造方法に関し、特に固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)の薄膜カソード等として用いることができる、酸化物イオンと電子との混合導電体(以下、「酸化物イオン・電子混合導電体」と称する)を有する複合層構造体及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池のカソード製造方法

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

カソード材料の焼付けに伴う反応活性に関し、低温活性に優れた比表面積の大きい粉末を電解質に焼付けする際に、比表面積の低下を伴う。カソード材料の電解質への密着性と焼付け後の比表面積とには、トレードオフの関係がある。CeO2系薄膜中間層の上にカソード材料を直接焼き付ける1,000〜1,150℃程度の高温焼成の場合は、密着性は良いが、カソード粒子の粗大化に伴い、比表面積が低下する。一方、低温焼き付けの場合は、粒径は変化しないが、カソード材料と固体電解質との密着性が悪いという相反する問題がある。 本発明の課題は、従来技術の問題点を解決することにあり、SOFCのCeO2系固体電解質基板またはCeO2系薄膜中間層上へ有機金属酸塩熱分解(MOD)法によってカソードと同じ材料による酸化物イオン・電子混合導電体(カソードナノコート)を設けてなる複合層構造体を構築することで、カソードの低温焼付けを可能とし、それによって、カソード粒子の表面積を低下させず、そして原料粉に近い活性を維持することができるため、高性能なカソード性能を提供することができる複合層構造体及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池のカソード製造方法を提供することにある。更に、カソードナノコート自体にもカソード機能を持たせた複合層構造体を提供することにある。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明の複合層構造体は、SOFCのCeO2系固体電解質基板またはCeO2系薄膜中間層上に、有機金属酸塩熱分解(MOD)法によるカソードと同じ材料系からなる酸化物イオン・電子混合導電体層(カソードナノコート)を設けてなることを特徴とする。
【発明の効果】
本発明によれば、CeO2系固体電解質基板またはCeO2系薄膜中間層上に、有機金属酸塩溶液を用いて、MOD法により、低温(700〜950℃)での熱アニールで酸化物イオン・電子導電体層を形成することにより、得られた酸化物イオン・電子導電体層(カソードナノコート)自体にも優れたカソード性能を持たせることができるようにし、カソードの電解質への低温焼き付けを可能にするという効果を奏する。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】本発明の複合層構造体の断面図。

【図2】本発明におけるBSCFの示差熱(DTA)及び熱重量(TG)の測定結果を示すグラフ。

【図3】本発明におけるBa0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ(BSCF:δは酸素欠損による変動であり、電気的中性条件を満たすように定まる値である。)層に対するXRD回折結果を示すグラフ。

【図4】本発明におけるBSCF層に対するXRD回折結果からバックグラウンドピークの削除を行った後の結果を示すスペクトル。

【図5】NGO単結晶基板上に、950℃で形成したBSCF層の表面をSEM観察した結果を示す写真。

【図6】本発明におけるBSCF層の破断面をSEM観察した結果を示す写真。

【図7】本発明におけるBSCF層の導電率の温度依存性を示すグラフ。

【図8】本発明におけるBSCF層の表面をSEM観察した結果を示す写真であり、(a)は熱アニール温度700℃の場合、(b)は熱アニール温度950℃の場合である。

【図9】本発明において、種々の酸素分圧(0.01atm〜0.50atm)で、575℃でのインピーダンススペクトルのナイキストプロット。

【図10】本発明において、種々の酸素分圧(0.01atm〜0.50atm)で、1000/Tに対する試料1の比面積分極抵抗(ASRpol)を示すグラフ。

【図11】本発明において、pO2=0.05atm及び575℃での、試料1及び3に関する薄膜カソードで得られたDRTスペクトルを比較するためのグラフ。

【図12】本発明において、種々の酸素分圧(0.01atm〜0.50atm)でのインピーダンススペクトルのナイキストプロット。

【図13】試験後の試料1及び3のSEM像を示す写真であり、(a)は試料1の場合、(b)は試料3の場合である。

選択図 図1出願人が指定した本件の代表的な図

1 CeO2系薄膜基板 2 カソードナノコート   3 カソード材料  

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