特許 6511431 クロムを捕捉するよう構成された燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6511431

(24)【登録日】2019年4月12日

(45)【発行日】2019年5月15日

(54)【発明の名称】クロムを捕捉するよう構成された燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/86 20060101AFI20190425BHJP

   H01M 8/0236 20160101ALI20190425BHJP

   H01M 8/0245 20160101ALI20190425BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20190425BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/86 T

   H01M4/86 U

   H01M8/0236

   H01M8/0245

   !H01M8/12 101

   !H01M8/12 102A

   !H01M8/12 102B

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-502720(P2016-502720)

(86)(22)【出願日】2014年3月14日

(65)【公表番号】特表2016-512388(P2016-512388A)

(43)【公表日】2016年4月25日

(86)【国際出願番号】US2014028159

(87)【国際公開番号】WO2014143957

(87)【国際公開日】20140918

【審査請求日】2017年2月14日

(31)【優先権主張番号】61/799,914

(32)【優先日】2013年3月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513136610

【氏名又は名称】エルジー フューエル セル システムズ インク

【氏名又は名称原語表記】ＬＧ ＦＵＥＬ ＣＥＬＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100109841

【弁理士】

【氏名又は名称】堅田 健史

(74)【代理人】

【識別番号】230112025

【弁護士】

【氏名又は名称】小林 英了

(72)【発明者】

【氏名】ジュヨンリヤーン シーン

(72)【発明者】

【氏名】ジーエン リウ

(72)【発明者】

【氏名】リチャード ダブリュ．ゲトラー

【審査官】 前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５３５２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０１７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−４５２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５０９７８６５（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ４／８６

Ｈ０１Ｍ ８／０２３６

Ｈ０１Ｍ ８／０２４５

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池システムであって、
カソードと；
前記カソードに隣接するカソード導電性層と；
前記カソードによって前記カソード導電性層から分離されている電解質と；
前記電解質によって前記カソードから分離されているアノードと；を備えてなり、
前記アノード、前記カソード導電性層、前記カソード、及び前記電解質は、電気化学的電池を形成するよう構成されてなり、
前記カソード及び前記カソード導電性層は、前記燃料電池システム内に存在するＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された離溶酸化物を含んでなり、
前記カソード導電性層は、前記カソードよりも多くの自由酸化物を離溶するよう構成されてなる、燃料電池システム。

【請求項2】

前記カソード導電性層が、Ａ−サイト欠損を有するＬＳＭ材料から形成されたものであり、
前記離溶酸化物が、前記燃料電池の作動の間にＬＳＭの平衡濃度から生ずるマンガン酸化物溶離物を含んでなる、請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記離溶酸化物が、前記Ｃｒ蒸気種と反応することによって、カソード気体流から前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するものである、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記離溶酸化物がマンガン酸化物を含んでなる、請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記カソード導電性層は、前記離溶酸化物の材料以外の、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するよう構成された追加の材料を含んでなる、請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記追加の材料がアルカリ土類酸化物を含んでなる、請求項５に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記カソード導電性層が、プライマリ伝導経路として、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するよう機能するものである、請求項１〜６の何れか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記カソードが、還元触媒として、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するよう機能するものである、請求項７に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記カソード導電性層の外表面上に堆積した更なる層を更に備えてなり、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉してなり、
前記更なる層は、前記燃料電池に如何なる必要な電子伝導機能も提供しないものである、請求項１〜８の何れか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項10】

前記更なる層の組成が、前記Ｃｒ蒸気種と反応するアルカリ土類金属又は希土類元素の少なくとも１つを含んでなる、請求項９に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エネルギー省によって与えられた援助協定Ｎｏ．ＤＥ−ＦＥ００００３０３の下、政府の支援とともになされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。

【0002】

《技術分野》
本開示は、一般に、燃料電池、例えば固体酸化物燃料電池に関する。

【背景技術】

【0003】

燃料電池、及び燃料電池システムのための、燃料電池、燃料電池システム、及び相互接続は、関心領域として残っている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

いくつかの既存のシステムは、ある用途に関して様々な短所、欠点、及び不利な点を有する。したがって、この技術領域において更に寄与の必要性が残っている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の例は、燃料電池システム内のＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された、一つ又は複数の特徴を含む固体酸化物燃料電池システムに関する。例えば、燃料電池システムは、カソード導電性層、及びカソードを含んでもよく、カソード又はカソード導電性層の少なくとも一つは、例えば、燃料電池の酸化剤側又は空気側におけるＣｒ蒸気種を捕捉する、離溶酸化物を含む。例えば、ＬＳＭカソード及び／又はＬＳＭカソード導電性層は、Ｃｒ蒸気種と反応してＣｒ種を捕捉し、カソードのＣｒ被毒を防止又は低減する、離溶ＭｎＯ_ｘを含んでもよい。

【0006】

一つの例では、本開示は、カソードと、カソードに隣接するカソード導電性層と、カソードによってカソード導電性層から分離している電解質と、電解質によってカソードから分離しているアノードとを含む、燃料電池システムであって、アノード、カソード導電性層、カソード、及び電解質は、電気化学的電池を形成するよう構成されており、カソード導電性層は、燃料電池システム内に存在するＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された離溶酸化物を含む、燃料電池システムに関する。

【0007】

他の例では、本開示は、燃料電池システムを形成することを含む方法であって、燃料電池システムは、カソードと、カソードに隣接するカソード導電性層と、カソードによってカソード導電性層から分離している電解質と、電解質によってカソードから分離しているアノードとを含み、アノード、カソード導電性層、カソード、及び電解質は、電気化学的電池を形成するよう構成されており、カソード導電性層は、燃料電池システム内に存在するＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された離溶酸化物を含む、方法に関する。

【0008】

本開示の一つ又は複数の実施形態の詳細を、添付の図面、及び以下の説明に記載する。本開示の他の特徴、目的、及び利点は、明細書及び図面から、並びに請求項から明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本明細書の記載は添付の図面に言及しており、引用数字などは、いくつかの図の全体にわたる部分などを指す。

【0010】

【図1】図１は、本開示の実施形態による燃料電池システムの例を説明する模式図である。

【0011】

【図2】図２は、本開示の実施形態による燃料電池システムの例の断面を説明する模式図である。

【0012】

【図3】図３は、実験結果を説明するプロットである。

【0013】

【図4】図４は、本開示の実施形態による燃料電池システムの例の断面を説明する模式図である。

【図5】図５は、本開示の実施形態による燃料電池システムの例の断面を説明する模式図である。

【0014】

図面を参照すれば、本開示の実施形態による燃料電池システムの非限定的な例のいくつかの側面が、図式的に示されている。図には、本開示の実施形態の側面の様々な特徴、構成要素、及びこれらの間の相互関係が示されている。しかしながら、本開示は、示されている特定の実施形態、並びに図面中に説明され、本明細書に記載されているような構成要素、特徴、及びこれらの間の相互関係に限定されるものではない。

【発明を実施するための形態】

【0015】

クロム種は、ＳＯＦＣのカソードに対する混入物であることがあり、例えば、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）の酸化物又は空気の供給中に存在することがある。Ｃｒ−種は、平型ＳＯＦＣ技術の金属相互接続に由来することがある。そのようなＣｒ−種は、クロムの最も積極的な源であることがあり、例えば、金属相互接続が電池に隣接及び接続されている場合、クロムは、固体拡散及び蒸気相によって電池へと輸送される可能性がある。クロムの第二の源は、バランスオブプラント（ＢＯＰ）金属ハードウェア、例えば、熱交換器、改質装置、配管、及び計装からである。いくつかの例において、プライマリ相互接続が、印刷された貴金属サーメット又はセラミックベースである場合、そのようなＢＯＰ Ｃｒ−種が最大の懸念事項であることがある。更に、場合によっては、金属相互接続からのクロム放出を最小化するのに苦労することがある。いくつかの例において、コーティングを、金属相互接続に適用してもよく、それは金属上に形成するクロムスケールと反応し、また、放出されるクロム蒸気種を捕捉することもできる。そのような例は、電池領域、例えばカソードを、Ｃｒから明確に保護するのではなく、むしろ、主要なＣｒ源から放出されるＣｒ種の量を低減しようとしている。

【0016】

燃料電池システムのためのカソードの例は、ＬＳＭベースのカソードを含み、ＬＳＭベースのカソードは、例えば高温におけるＺｒＯ_２ベースのＳＯＦＣのための、望ましい性能及び耐久性を可能にすることがある。しかしながら、他のカソード組成物のように、そのようなカソードは、上記のＣｒの混入によって汚染されることがある。したがって、カソードにおけるそのようなＣｒ被毒を防止又は低減するには、固体酸化物燃料電池システムの上流（バランスオブプラント）及び／又は金属相互接続内で生じたＣｒ種を、燃料電池のカソード／電解質界面に到達する前に、除去することが望ましいことがある。

【0017】

本開示の例によれば、燃料電池システムは、活性カソード層上に形成されたカソード導電性層を含んでもよく、カソード導電性層及び／又はカソードは、燃料電池システム内、例えば、燃料電池の酸化物側／空気側内に存在するＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された、化合物を含んでもよい。カソード導電性層を形成するのに用いる粉末又は他の材料とは別にＣｒ蒸気捕捉化合物を混合するか、又はそうでなければ添加するよりむしろ、燃料電池の作動の間、離溶酸化物が、カソード導電性層及び／又はカソード中に存在するように、カソード導電性層の化学物質を選択してもよく、そしてそれは、例えばＣｒ蒸気種と反応することによって燃料電池内のＣｒ蒸気種を捕捉する。このようにして、カソード導電性層及び／又はカソードは、Ｃｒ蒸気種によるカソードの被毒を低減又は防止してもよい。

【0018】

一つの例として、ＬＳＭから形成され、典型的にはＬＳＭ＋イオン性相複合材カソードの上に位置するカソード導電性層（カソード集電体、又はＣＣＣともいう）の場合、カソード導電性層内の離溶ＭｎＯ_ｘが、Ｃｒ捕捉材料として機能してもよい。例えば、Ｍｎが非常に豊富であるとき、ＬＳＭの熱力学的不安定性によって、燃料電池の処理及び作動の間、平衡濃度を上回るＭｎＯ_ｘがＬＳＭ構造から離脱して、自由ＭｎＯ_ｘとして存在しようとするので、特別に設計されたＡ−サイト欠損型ＬＳＭは、集電体及びＣｒ捕捉層の両方として機能する良好な材料であってよい。そのような離溶ＭｎＯ_ｘは、気相中のＣｒと相互作用して（Ｍｎ，Ｃｒ）_３Ｏ_４スピネルを形成することができ、また、ＣＣＣ層内に堆積してカソード被毒を回避することができる。

【0019】

後述するように、いくつかの例において、更なるＣｒ捕捉材料を、電流導電性層中に意図的に（例えば、単に不定比な、Ａ−サイト欠損を達成することができる量よりも多い含有量で）加えて、空気からのＣｒ種も捕捉し、カソードをＣｒ被毒から保護してもよい。Ｃｒを捕捉するためのこの方法は、他のカソード材料、例えば、ＬＳＣＦカソード、ＬＳＦカソード、ＰＳＭカソード、ニッケレートカソード等に適用することができるが、しかしながら、ＣＣＣ層の好ましいゲッタリング材料は、カソード材料の種類に応じて異なることがある。他のカソード材料を用いる場合、カソード組成及びＣＣＣ組成の両方を意図的に設計して、対応する酸化物を離溶させ、Ｃｒ−ゲッタリング材料として役立てることもできる。例えば、離溶したＣｒ捕捉材料は、ＬＳＣＦカソードではＣｏＯ及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、ＬＳＦカソードではＦｅ_２Ｏ_３、ＰＳＭカソードではＭｎＯ_ｘ、ニッケレートカソードではＮｉＯであることがある。

【0020】

本開示のいくつかの例は、イオン性相内への局所的な材料の相互拡散を伴うＳＯＦＣ作動条件の結果としてＭｎＯ_ｘの残余量が生じるように、カソード及び／又はカソード集電体層のための特定のＬＳＭ化学物質を選択することを含んでおり、確立されたＬＳＭカソード及び集電からの、これらの分散したＭｎＯ_ｘ相は、例えば、バランスオブプラント構成要素に由来するＣｒ蒸気種を捕捉するのに役立つ。カソード集電体及び／又はカソード層は、これらに期待される電気化学的機能及び集電機能を提供するとともに、クロムを捕捉するためのその場（in-situ）形成サイトとして役立つ。

【0021】

Ｃｒ捕捉化合物から形成された独立層が、カソード又はＣＣＣ上に印刷されているアプローチと比較すると、本開示の例は、ＳＯＦＣシステム内の複数の源からのＣｒを捕捉してもよい。例えば、バランスオブプラント構成要素、例えば熱交換器及び配管から、又は平型ＳＯＦＣシステムにおいてしばしば最も多く使用されている金属相互接続のいずれかからの、活性カソードに入る、特にカソード／電解質界面に到達するＣｒ−種の量を最小化し、こうして、カソードを被毒及び電気化学的性能の低下から保護する。しかしながら、いくつかの例において、Ｃｒ蒸気種を捉えるための離溶酸化物を含むＣＣＣ及び／又はカソードに加えて、Ｃｒ捕捉化合物から形成された独立層が含まれてもよい。カソード又はＣＣＣ上のＣｒ捕捉層は、非導電性酸化物、例えば、アルカリ土類酸化物、例えば、好ましくはＭｇＯであってよく、又は希土類金属酸化物、例えば、Ｙ_２Ｏ_３であってよい。

【0022】

図１は、本開示の実施形態による燃料電池システム１０の例を説明する模式図である。図１に示すように、燃料電池システム１０は、基材１４上に形成された複数の電気化学的電池１２（又は「個々の燃料電池」）を含む。後述するように、複数の電気化学的電池１２の一つ又は複数は、燃料電池１０内のＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された、本明細書に記載されている組成物の例の、カソード及び／又はカソード導電性層を含んでもよい。電気化学的電池１２は、相互接続１６によって直列に一緒に接続されている。燃料電池システム１０は、平坦な多孔質セラミック管上に堆積されたセグメント直列型配置であり、本開示は、円形の多孔質セラミック管上のような、他の基材上のセグメント直列型配置に等しく適用できることが理解されよう。様々な実施形態において、燃料電池システム１０は、一体化された平型燃料電池システム、又は筒型燃料電池システムであってよい。

【0023】

それぞれの電気化学的電池１２は、酸化剤側１８及び燃料側２０を含む。酸化剤は一般に空気であるが、しかしながら、純酸素（Ｏ_２）、又は他の酸化剤、例えば、空気リサイクルループを有する燃料電池システムのための希釈空気であってよく、酸化剤側１８から電気化学的電池１２に供給される。基材１４は、特別に設計された多孔質体であってよく、例えば、多孔質セラミック材料は、燃料電池作動条件において安定であり、他の燃料電池材料と化学的に適合する。他の実施形態において、基材１４は、表面改質材料、例えば、被覆又は他の表面改質を有する多孔質セラミック材料、例えば、電気化学的電池１２の層と基材１４との間の相互作用を防止又は低減するよう構成されたものであってよい。燃料、例えば改質された炭化水素燃料、例えば合成ガスは、多孔質基材１４のチャネル（図示せず）を介して、燃料側２０から電気化学的電池１２に供給される。空気及び炭化水素燃料から改質された合成ガスを、いくつかの例において使用してもよいが、他の酸化剤、及び燃料、例えば、純水素及び純酸素を用いた電気化学的電池を、本開示の範囲を逸脱しない範囲で使用してもよいことが理解されよう。更に、燃料が基材１４を介して電気化学的電池１２に供給されるが、他の実施例では、酸化剤を、多孔質基材を介して電気化学的電池に供給してもよいことが理解されよう。

【0024】

図２は、本開示の実施形態による燃料電池システム１０の例の断面を説明する模式図である。燃料電池システム１０は、基材１４上にスクリーン印刷された複数の層から形成されていてもよい。これは、織物メッシュが開口部を有し、開口部を通して燃料電池層を基材１４上へ堆積する、プロセスを含んでもよい。スクリーンの開口部は、印刷される層の長さ及び幅を決定する。スクリーンメッシュ、ワイヤ径、インク固形分、及びインクレオロジーは、印刷される層の厚みを決定することがある。燃料電池システム１０の層は、アノード導電性層２２、アノード層２４、電解質層２６、カソード層２８、及びカソード導電性層３０を含む。一つの形態において、電解質層２６は、単一の層であってもよく、又は任意の数の副層から形成されていてもよい。図２は、必ずしも一定の縮尺であるわけではないことが理解されよう。例えば、縦の寸法は、説明の明確性のために誇張されている。

【0025】

それぞれの電気化学的電池１２において、アノード導電性層２２は、アノード２４から離れた自由電子を伝導し、相互接続１６を経てカソード導電性層３０へと電子を伝導する。カソード導電性層３０は、カソード２８に電子を伝導する。相互接続１６は電解質層２６に埋められており、アノード導電性層２２に電気的に結合しており、アノード導電性層２２から電解質層２６を通って方向３２に、次にひとつの電気化学的電池１２から次の隣の電気化学的電池１２への方向３６に、次に相互接続１６が電気的に結合しているカソード導電性層３０の方向３２に再び延在している。具体的には、相互接続１６の少なくとも一部は電解質層２６の延在部分の範囲内に埋められており、電解質層２６の延在部分とは、アノード２４及びカソード２８を越えて延在する、例えば、方向３２に延在し、アノード２４とカソード２８との間に挟まれていない、電解質層２６の一部である。

【0026】

一つの電気化学的電池から他の電気化学的電池へと電子を輸送するために、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）のための相互接続１６は、好ましくは導電性であり；燃料電池の作動の間、酸化環境及び還元環境の両者の下で機械的及び化学的に安定であり；相互接続を通した燃料及び／又は酸化剤の拡散を妨げるために、非多孔質である。相互接続が多孔質である場合、燃料が酸化剤側に拡散して燃焼し、例えば、材料の分解及び機械的破損、並びに燃料電池システムの効率低減による燃料電池の寿命低下につながることのある、局所的熱点を生じることがある。同様に、酸化剤が燃料側に拡散し、燃料の燃焼につながることがある。重篤な相互接続漏れは、燃料電池の燃料利用率及び性能を著しく低減するか、又は燃料電池若しくはスタックの破滅的破損を引き起こすことがある。

【0027】

セグメント直列型電池のための燃料電池構成部品は、多孔質セラミック基材、例えば基材１４上に堆積した薄膜から形成されてもよい。一つの形態において、相互接続を含むフィルムは、スクリーン印刷プロセスを介して堆積される。他の実施形態において、他のプロセスを使用して、基材上へ薄膜を堆積してもよく、又はそうでなければ形成してもよい。相互接続層の厚みは、５〜３０マイクロメートルであってよく、より厚く、例えば１００マイクロメートルにすることもできる。

【0028】

相互接続１６は、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、及び／若しくはＰｔ、並びに又はこれらの合金を含む貴金属から形成されていてもよく、本開示の範囲を逸脱しない範囲内で、他の材料を使用してもよい。例えば、他の実施形態において、貴金属合金、例えば、Ａｇ―Ｐｄ、Ａｇ―Ａｕ、Ａｇ―Ｐｔ、Ａｕ―Ｐｄ、Ａｕ―Ｐｔ、Ｐｔ―Ｐｄ、Ａｇ―Ａｕ―Ｐｄ、Ａｇ―Ａｕ―Ｐｔ、Ａｇ―Ａｕ―Ｐｄ―Ｐｔ、及び／又は軽微な非貴金属添加物を有する合金を含むＰｔ―Ｐｄ―Ａｕ―Ａｇ族の二元合金、三元合金、四元合金、以下から構成されるサーメット：貴金属、貴金属合金、不活性セラミック相、例えばアルミナ、又は著しいパラスティックを生じない最小限のイオン伝導率を有するセラミック相、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア、イットリアドープされたジルコニアとしても知られ、イットリアドーピングは３〜８ｍｏｌ％、好ましくは３〜５ｍｏｌ％である）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア、スカンジアドーピングは４〜１０ｍｏｌ％、好ましくは４〜６ｍｏｌ％である）、ドープされたセリア、及び／又は導電性セラミックス、例えば、適切な相安定性及び／又は相互接続としての充分な伝導率を達成するようＡ−サイト又はＢ−サイトの置換又はドーピングを有する、導電性ペロブスカイト、例えば、ドープされたストロンチウムチタネート（例えばＬａ_ｘＳｒ_１−ｘＴｉＯ_３−δ、ｘ＝０．１〜０．３）、ＬＳＣＭ（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｒ_１−ｙＭｎ_ｙＯ_３、ｘ＝０．１〜０．３、及びｙ＝０．２５〜０．７５）、ドープされたイットリウムクロマイト（例えばＹ_１−ｘＣａ_ｘＣｒＯ_３−δ、ｘ＝０．１〜０．３）、及び／又は他のドープされたランタンクロマイト（例えばＬａ_１−ｘＣａ_ｘＣｒＯ_３−δ、ｘ＝０．１５〜０．３）、並びに導電性セラミックス、例えばドープされたストロンチウムチタネート、ドープされたイットリウムクロマイト、ＬＳＣＭ（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｒ_１−ｙＭｎ_ｙＯ_３）、及び他のドープされたランタンクロマイトの少なくとも一つを含む導電性ペロブスカイトを含む、他の材料を使用してもよいことが代替的に考えられる。一つの例では、相互接続１６は、ｙ（Ｐｄ_ｘＰｔ_１−ｘ）−（１−ｙ）ＹＳＺから形成されていてもよい。ここで、ｘは、重量比で０〜１であり、好ましくは、より小さい水素流束のため、ｘは０〜０．５である。ｙは、体積比で０．３５〜０．８０であり、好ましくは、ｙは０．４〜０．６である。

【0029】

アノード導電性層２２は、ニッケルサーメット、例えばＮｉ−ＹＳＺ（例えば、ジルコニア中のイットリアドーピングが３〜８ｍｏｌ％）、Ｎｉ−ＳｃＳＺ（例えば、スカンジアドーピングが４〜１０ｍｏｌ％であり、好ましくは第二のドーピング、例えば、相安定性のため、１０ｍｏｌ％のスカンジア−ＺｒＯ_２につき１ｍｏｌ％セリアを含む）、及び／又はＮｉ−ドープしたセリア（例えばＧｄ又はＳｍドーピング）、ドープしたランタンクロマイト（例えば、Ａサイト上にＣａドーピング、Ｂサイト上にＺｎドーピング）、ドープしたストロンチウムチタネート（例えば、Ａサイト上にＬａドーピング、Ｂサイト上にＭｎドーピング）、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎ_ｙＣｒ_１−ｙＯ_３、及び／又は一般式（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘ）_ｎ＋１Ｍｎ_ｎＯ_３ｎ＋１のＭｎベースのＲ−Ｐ相から形成された、電極導電性層であってよい。代替として、アノード導電性層２２のための他の材料、例えば、貴金属に一部又は全部基づくサーメットを使用してもよいことが考えられる。サーメット中の貴金属は、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、及び／又はこれらの合金を含んでもよい。セラミック相は、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、及び／又は一つ若しくは複数の他の不活性相、例えば、層の熱膨張係数（ＣＴＥ）を制御して、基材及び電解質のＣＴＥと一致させるために、所望のＣＴＥを有する他の不活性相を含む、不活性非導電性相を含んでもよい。いくつかの実施形態において、セラミック相は、Ａｌ_２Ｏ_３、及び／又はスピネル、例えば、ＮｉＡｌ_２Ｏ_４、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＭｇＣｒ_２Ｏ_４、ＮｉＣｒ_２Ｏ_４を含んでもよい。他の実施形態において、セラミック相は導電性であってよく、例えば、ドープされたランタンクロマイト、ドープされたストロンチウムチタネート、並びに／又はＬａＳｒＭｎＣｒＯ及び／若しくは一般式（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘ）_ｎ＋１Ｍｎ_ｎＯ_３ｎ＋１のＲ−Ｐ相の一つ又は複数の形態であってよい。

【0030】

電解質層２６は、セラミック材料から形成されていてもよい。１つの形態において、プロトン及び／又は酸素イオン伝導性セラミックを使用してもよい。一つの形態において、電解質層２６は、ＹＳＺ、例えば３ＹＳＺ、及び／又は８ＹＳＺから形成されている。他の実施形態において、電解質層２６は、ＹＳＺに加えて又はその代わりに、ＳｃＳＺ、例えば４ＳｃＳＺ、６ＳｃＳｚ、及び／又は１０Ｓｃ１ＣｅＳＺから形成されていてもよい。他の実施形態において、他の材料を使用してもよい。例えば、電解質層２６は、ドープされたセリア、及び／又はドープされたランタンガレートでできていてもよいことが代替的に考えられる。いずれにしても、電解質層２６は、燃料電池１０に用いられる流体、例えば燃料としての合成ガス又は純水素、並びに、例えば酸化剤としての空気又はＯ_２の、電解質層２６を通る拡散に対して実質的に不透過性であるが、しかしながら、酸素イオン又はプロトンの拡散を許容する。

【0031】

カソード層２８は、ＬＳＭ（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３、ｘ＝０．１〜０．３）、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＦｅＯ_３（例えば、ｘ＝０．３）、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏ_ｙＦｅ_１−ｙＯ_３（例えば、Ｌａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３）、及び／又はＰｒ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３（例えば、Ｐｒ_０．８Ｓｒ_０．２ＭｎＯ_３）の少なくとも一つから形成されていてもよく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で他の材料を使用してもよい。例えば、ルドルスデン−ポッパー（Ruddlesden-Popper）ニッケレート、及びＬａ_１−ｘＣａ_ｘＭｎＯ_３（例えば、Ｌａ_０．８Ｃａ_０．２ＭｎＯ_３）材料を使用してもよいことが代替的に考えられる。

【0032】

カソード導電性層３０は、導電性セラミック、例えば、ＬａＮｉ_ｘＦｅ_１−ｘＯ_３（例えば、ＬａＮｉ_０．６Ｆｅ_０．４Ｏ_３）、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３（例えば、Ｌａ_０．７５Ｓｒ_０．２５ＭｎＯ_３）、及び／又はＰｒ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３（例えば、Ｐｒ_０．８Ｓｒ_０．２ＣｏＯ_３）の少なくとも一つから形成された、電極導電性層であってよい。他の実施形態において、カソード導電性層３０は、他の材料、例えば、貴金属サーメットから形成されていてもよく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で他の材料を使用してもよい。貴金属サーメット中の貴金属は、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、及び／又はこれらの合金を含んでもよい。セラミック相は、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、及びＡｌ_２Ｏ_３、又は他の所望の非導電性セラミック材料を含んで、熱膨張を制御してもよい。本明細書に記載されているように、カソード２８及び／又はカソード導電性層３０は、離溶酸化物、例えばＭｎＯ_ｘを含んで、燃料電池システム１０内に存在するＣｒ蒸気種を捕捉してもよい。

【0033】

あらゆる適切な技術を使用して、図１及び２の電気化学的電池１２を形成してもよい。図２の例において、アノード導電性層２２は、電解質２６の一部であるように、基材１４上に直接印刷されていてもよい。アノード層２４は、アノード導電性層２２上へ印刷されていてもよい。電解質層２６の一部は、アノード層２４上へ印刷されていてもよく、電解質層２６の一部は、アノード導電性層２２上、及び基材１４上へ印刷されている。カソード層２８は、電解質層２６上に印刷されている。カソード導電性層３０の一部は、カソード層２８上、及び電解質層２６上へ印刷されている。カソード層２８は、アノード層２４から方向３２に、電解質層２６のその場所の厚みの間隔を置いて離れている。

【0034】

アノード層２４は、方向３６に延在するアノードギャップ３４を含む。カソード層２８もまた、方向３６に延在するカソードギャップ３８を含む。図２の例において、方向３６は方向３２に対して実質的に垂直であるが、しかしながら、本開示はそれに限定されない。ギャップ３４は、それぞれの電気化学的電池１２において、アノード層２４を複数の個々のアノード４０に分離する。ギャップ３８は、カソード層２８を、対応する複数のカソード４２に分離する。それぞれのアノード４０、及びこれらから方向３２に間隔を置いて離れている対応するカソード４２は、これらの間に配置された電解質層２６の部分とともに、電気化学的電池１２を形成している。

【0035】

同様に、アノード導電性層２２及びカソード導電性層３０は、アノード導電性層２２及びカソード導電性層３０を、それぞれ複数のアノード導電フィルム４８及びカソード導電フィルム５０に分離する、ギャップ４４及び４６をそれぞれ有する。用語「アノード導電性層」と「アノード導電フィルム」とは、後者が前者の一つ以上の層から形成されているのではあるが、交換可能に使うことがあり、用語「カソード導電性層」と「カソード導電フィルム」とは、後者が前者の一つ以上の層から形成されているのではあるが、交換可能に使用することがある。

【0036】

いくつかの例において、アノード導電性層２２は、厚み、すなわち方向３２で測定される厚みが、約５〜１５マイクロメートルであってよく、本開示の範囲を逸脱しない範囲内で他の値を使用してもよい。例えば、他の実施例では、アノード導電性層は、約５〜５０マイクロメートルの厚みを有してもよいことが考えられる。さらに他の実施形態において、例えば特定の材料及び用途によって、異なる厚みを使用してもよい。

【0037】

同様に、アノード層２４は、厚み、すなわち方向３２で測定される厚みが、約５〜２０マイクロメートルであってよく、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で他の値を使用してもよい。例えば、他の実施例では、アノード層は、約５〜４０マイクロメートルの厚みを有してもよいことが考えられる。さらに他の実施形態において、例えば特定のアノード材料及び用途によって、異なる厚みを使用してもよい。

【0038】

電解質層２６は、約５〜１５マイクロメートルの厚みを有し、最小約５マイクロメートルの厚みの個々の副層を有してもよく、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で他の厚みの値を使用してもよい。例えば、他の実施例では、電解質層は、約５〜４０マイクロメートルの厚みを有してもよいことが考えられる。さらに他の実施形態において、例えば特定の材料及び用途によって、異なる厚みを使用してもよい。

【0039】

カソード層２８は、厚み、すなわち方向３２で測定される厚みが、約１０〜２０マイクロメートルであってよく、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で他の値を使用してもよい。例えば、他の実施例では、カソード層は、約１０〜５０マイクロメートルの厚みを有してもよいことが考えられる。さらに他の実施形態において、例えば特定のカソード材料及び用途によって、異なる厚みを使用してもよい。

【0040】

カソード導電性層３０は、厚み、すなわち方向３２で測定される厚みが、約５〜１００マイクロメートルであってよく、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で他の値を使用してもよい。例えば、他の実施例では、カソード導電性層は、約５〜１００マイクロメートルよりも小さい、又は大きい厚みを有してもよいことが考えられる。さらに他の実施形態において、例えば特定のカソード導電性層の材料及び用途によって、異なる厚みを使用してもよい。

【0041】

図２に示されていないが、いくつかの例において、燃料電池システム１０は、相互接続１６と隣接する構成要素との間に一つ以上の化学的バリア層を含んで、相互接続と、隣接する構成要素、例えば、アノード及び／又はアノード導体フィルム、及び／又はカソード及び／又はカソード導体フィルムとの間の、燃料電池システムの特定の性能に悪影響を与えることがある拡散を、低減又は防止してもよい。様々な実施形態において、そのような化学的バリア層を構成して、相互接続とアノードとの間の、及び／又は相互接続とアノード導電フィルムとの間の、及び／又は相互接続とカソードとの間の、及び／又は相互接続とカソード導電フィルムとの間の界面における、物質移動又は拡散を防止又は低減して、相互接続の長期耐久性を高めてもよい。例えば、化学的バリアがないと、貴金属サーメットから形成された相互接続と、Ｎｉベースのサーメットから形成されたアノード導電フィルム及び／又はアノードとの間の界面において、物質移動（拡散）が起こることがある。物質移動は双方向に起こることがあり、例えば、アノード導電性層／導体フィルム及び／又はアノードから相互接続内へのＮｉの移動、並びに相互接続から導電性層／導電フィルム及び／又はアノード内への貴金属の移動が起こることがある。物質移動は、相互接続とアノード導電フィルム及び／又はアノードとの間の界面における、又はその近くにおける多孔性の増加につながることがあり、また、界面における一つ又は複数の非又は低電子伝導相の富化につながることがあり、より高い比面積抵抗（ＡＳＲ）を生じ、したがって燃料電池性能の低減につながる。また、相互接続とカソードとの間の、及び／又は相互接続とカソード導電フィルムとの間の物質移動も同様に、又は代替的に、燃料電池性能への悪影響につながることがある。そのような化学的バリア層は、サーメット及び／又は導電性セラミックの二種類の材料の一方、又は両方から形成されていてもよい。

【0042】

図４は、本開示の実施形態による燃料電池システムの例の断面を説明する模式図である。図４の燃料電池システム及びその構成部分／層は、図１及び２において電池１４を有する燃料電池システム１０について記載したものと実質的に同一、又は同様であってよい。

【0043】

上記のように、本開示の例は、燃料電池システム内に存在するＣｒを、例えば、カソード層２８のようなカソード層に移動する前に捉えるための、一つ又は複数の技術及び構造を含んでもよい。上記のように、揮発性Ｃｒ種は、Ｃｒ被毒のため、固体酸化物燃料電池の観測される性能低下の原因となることがある。高温のＳＯＦＣシステムにおいて形成される高原子価気体Ｃｒ種は、酸化物、水酸化物、及びオキシ水酸化物の形態で存在する。Ｃｒ_２Ｏ_３（ｓ）と気体Ｃｒ種との間の化学反応は、以下によって表すことができる：
Ｃｒ_２Ｏ_３（ｓ）＋（ｍ−１．５）Ｏ_２（ｇ）＝２ＣｒＯｍ（ｇ）
２Ｃｒ_２Ｏ_３（ｓ）＋（ｍ−３）Ｏ_２（ｇ）＋２ｍＨ_２Ｏ（ｇ）＝４Ｃｒ（ＯＨ）_ｍ（ｇ）
２Ｃｒ_２Ｏ_３（ｓ）＋（ｍ＋２ｎ−３）Ｏ_２（ｇ）＋２ｍＨ_２Ｏ（ｇ）＝４ＣｒＯ_ｎ（ＯＨ）ｍ（ｇ）

【0044】

ＳＯＦＣの作動の間、形成された気体Ｃｒ種は、まず空気流内に混入し、次にそれらが固体Ｃｒ_２Ｏ_３（ｓ）に還元されるカソード側へと輸送される。通常、Ｃｒ_２Ｏ_３（ｓ）の堆積は、酸素分子、電子、及び酸素空孔が利用可能な、反応性三相境界（ＴＰＢ）サイトにて優先して起こる。しかしながら、カソードの酸素還元もこの場所で起こり、反応する権利に関して、気体高原子価種の酸素還元と競合しなければならない。反応サイトにおける触媒的に不活性なＣｒ_２Ｏ_３（ｓ）層による被覆は、酸素還元の速度を遅くし、したがって、抵抗を増加させる。ＴＰＢにより多くのＣｒ_２Ｏ_３（ｓ）が析出し、酸素分子の反応サイトアクセス数が少なくなればなるほど、性能低下が観察される。

【0045】

前述のように、本開示の例は、燃料電池システム内のＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された一つ又は複数の特徴を含む、固体酸化物燃料電池システムに関する。例えば、燃料電池システムは、カソード導電性層、及びカソードを含んでもよく、カソード又はカソード導電性層の少なくとも１つは離溶酸化物を含み、例えば、燃料電池の酸化剤側又は空気側内のＣｒ蒸気種を捕捉する。例えば、ＬＳＭカソード及び／又はＬＳＭカソード導電性層は、Ｃｒ蒸気種と反応してＣｒ種を捕捉し、カソードのＣｒ被毒を防止又は低減する、離溶ＭｎＯ_ｘを含んでもよい。カソード及び／又はＣＣＣの組成は、離溶酸化物として対応するＭｎＯ_ｘを有するＬＳＭに関して主に記載されているが、しかしながら、他の組成も考えられる。例えば、離溶したＣｒ捕捉材料は、ＬＳＣＦ組成物ではＣｏＯ及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、ＬＳＣＦ組成物ではＦｅ_２Ｏ_３、ＰＳＭ組成物ではＭｎＯ_ｘ、ニッケレート組成物ではＮｉＯであろう。

【0046】

いくつかの燃料電池の構造において、気体Ｃｒ種は、ＬＳＭ ＣＣＣ層内で還元される。新たに堆積した微粒子のＣｒ_２Ｏ_３粒子は、それらがＬＳＭカソードへ輸送される前に、Ａ−サイト欠損型ＬＳＭ ＣＣＣからの自由ＭｎＯ_ｘと反応して、熱力学的に安定な（Ｃｒ，Ｍｎ）_３Ｏ_４スピネルを形成する高い傾向を有する。このようにして、ＣＣＣ内の自由ＭｎＯ_ｘ（例えば、離溶ＭｎＯ_ｘ）は、Ｃｒ蒸気種を捕捉してもよい。この機構は、シミュレートされたシステム条件で試験し、ＴＥＭによって分析した、サブスケール電池において確認された。

【0047】

一つの例では、Ａ−サイト欠損型ＬＳＭ、（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘ）_１−ｙＭ_ｎＯ_３、（０．０２＜ｙ＜０．２）を用いて、ＣＣＣ３０及び／又はカソード２８を形成してもよく、作動温度におけるＬＳＭの平衡濃度及び燃料電池のカソード側の酸素分圧は、自由ＭｎＯ_ｘの溶離につながる。一般に、より高いＡ−サイト欠損型ＬＳＭ組成は、自由ＭｎＯ_ｘをより離溶させることがある。ＬＳＭ組成の選択は、燃料電池システムにおけるバランスオブプラント、又は他の金属部分から放出されるＣｒ濃度に依存する。ＣＣＣ層３０のための好ましいＬＳＭ組成は、高いＡ−サイト欠損型、例えば０．１≦ｙ＜０．２である。ＬＳＭから離脱した自由ＭｎＯ_ｘは、Ｃｒと反応して、スピネル又は他の化合物を成形することができる。

【0048】

いくつかの例において、更なるＣｒゲッタリング材料を、ＣＣＣ３０及び／又はカソード２９、例えば、ＬＳＭ ＣＣＣ層内に添加して、より良好なＣｒ捕捉を達成してもよい。更なるＣｒ捕捉材料又は「Ｃｒゲッタリング材料」は、希土類金属酸化物、例えばＹ_２Ｏ_３、又はアルカリ土類酸化物、例えばＭｇＯであってよい。いくつかの例において、ＣＣＣ３０に添加される更なるＣｒゲッタリングは、電子ための誘導経路ではなく単にＣｒゲッタリング材料として機能するので、電気伝導度を必要としない。

【0049】

好ましくは、ＣＣＣ層３０は、燃料電池の作動の間にＬＳＭ相から離溶したＭｎＯ_ｘ、及び／又はＣＣＣ層に加えられた更なるＣｒ−ゲッタリング材料のいずれかのＣｒ−ゲッタリング材料を、活性カソード２８よりも多く有して、活性カソード層２８へのＣｒ気相輸送を最小化し、カソード性能及び長期耐久性を促進する。

【0050】

いくつかの例において、いくらかの濃度の自由ＭｎＯ_ｘの溶離を達成する活性ＬＳＭ＋イオン性複合材カソードのために、Ａ−サイト欠損度を選択して、活性カソード２８内のいくらかのＣｒ捕捉を、例えばＣＣＣ層３０を通り過ぎたＣｒ−種のために提供することもできる。活性カソード２８中に含まれるＭｎＯ_ｘは、ＣＣＣ層３０内に存在するＣｒ捕捉材料に加えて、又は代替であってもよい。例えば、少量のＣｒがＣＣＣ層３０によって完全にブロックされない場合、活性カソード２８内に存在するＭｎＯ_ｘは、ＬＳＭ相よりもむしろＣｒと優先して反応することができ、電気化学的性能の低下を最小化する。活性カソード２８からの自由ＭｎＯ_ｘの溶離は、燃料電池のカソード側の作動温度及び酸素分圧、並びに活性カソード２８内に使用されるイオン性相に依存する。ＭｎＯ_ｘの溶解性がより高い、スカンジア−ドープしたジルコニア又は８ＹＳＺをイオン性相として使用する場合、カソードのイオン性相におけるマンガン酸化物の溶解限度より多い十分な自由ＭｎＯ_ｘを離溶するためには、高いＡ−サイト欠損型ＬＳＭ処方、例えば１０％以上のＡ−サイト欠損、例えばｙ≧０．１が好ましい。ＭｎＯ_ｘの溶解性がより低い３ＹＳＺをイオン性相として使用する場合、比較的より低いＡ−サイト欠損型ＬＳＭ組成、例えば５％のＡ−サイト欠損、例えばｙ＝０．０５を使用することができる。

【0051】

他の例では、更なるＣｒゲッタリング材料を活性カソード層内に加えて、カソード性能に影響を及ぼすことなく、より多くのＣｒ蒸気種を捕捉してもよい。Ｃｒゲッタリング材料は、遷移金属酸化物、例えば、ＦｅＯ_ｘ、ＣｏＯ_ｘ、ＭｎＯ_ｘ、ＮｉＯ_ｘ、ＣｕＯ_ｘ等、希土類金属酸化物、例えば、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、アルカリ土類酸化物、例えば、ＭｇＯであってよい。一つ又は複数の更なるＣｒゲッタリング材料を酸化物の形態としてカソードインクに添加して、電池処理の間、カソードと共−燃焼させることができる。

【0052】

図５は、本開示の実施形態による燃料電池システムの他の例の断面を説明する模式図である。図４の燃料電池システムは、図１及び２、並びに図４における、電池１４を有する燃料電池システム１０について記載したものと実質的に同一、又は同様であってよい。しかしながら、図５のシステムは、例えば、離溶酸化物を含むＣＣＣ及び／又はカソードに加えて、ＣＣＣ層の表面上に堆積した、更なる薄層（「Ｃｒゲッタリング層」という）を含む。薄層は、Ｃｒを捕捉するよう構成された材料、例えばＬＳＭ ＣＣＣ層上のＭｇＯから形成されていてもよい。例えば、Ｃｒを捕捉するために、気相ＣｒがＭｇＯ層と相互作用して、ＭｇＣｒ_２Ｏ_４スピネル相を形成してもよい。このような場合、カソード界面に堆積するＣｒはより少ないであろう。Ｃｒ捕捉材料又は「Ｃｒゲッタリング材料」は、ＭｇＯに限定されない。例えば、Ｃｒ捕捉材料又は「Ｃｒゲッタリング材料」は、他の遷移金属アルカリ土類酸化物、例えばＳｒＯ、Ｃａ、ＢａＯ、希土類金属酸化物、例えばＬａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＰｒＯ_ｘ、及びＮｄＯ_ｘ、並びにペロブスカイト、例えばＬＮＦ、又は他の適切な材料であってよい。カソード材料は、ペロブスカイト材料、例えばドープされたランタンマンガナイト、ドープされたランタンコバルタイト、ドープされたランタンフェライトから選択することができる。

【実施例】

【0053】

《実施例》

【0054】

様々な実験を行い、本開示によるアノード組成物の例の一つ又は複数の側面を評価した。Ｃｒ供給加圧試験装置内で、４つの異なるＬＳＭベースのカソードを試験し、カソード性能及び低下に対するＣｒ被毒の影響を評価した。４，０００，０００時間を超える試験の後、カソード及びカソード集電（ＣＣＣ）層のそれぞれにおける、Ｃｒ含有量及び分布を、ＷＤＳ定量分析によって調べた。図３は、結果を説明する図である。結果は、Ｃｒ種がＣＣＣ層内に著しくトラップされ、その量はＬＳＭの不定比性に非常に基づくことを示した。ＬＳＭ ＣＣＣ内の自由ＭｎＯ_ｘと反応するＣｒ蒸気種によって形成された、熱力学的に安定な（Ｃｒ，Ｍｎ）_３Ｏ_４スピネルが、ＴＥＭ分析で観察された。

【0055】

本発明の様々な実施形態を記載した。これら及び他の実施形態は、以下の請求項の範囲内である。以下、本発明の実施形態の例を列記する。
［１］
カソードと；
前記カソードに隣接するカソード導電性層と；
前記カソードによって前記カソード導電性層から分離されている電解質と；
前記電解質によって前記カソードから分離されているアノードと
を含む、燃料電池システムであって、
前記アノード、前記カソード導電性層、前記カソード、及び前記電解質は、電気化学的電池を形成するよう構成されており、前記カソード又は前記カソード導電性層の少なくとも１つは、前記燃料電池システム内に存在するＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された離溶酸化物を含む、燃料電池システム。
［２］
前記カソード導電性層が、Ａ−サイト欠損を有するＬＳＭ材料から形成されており、前記離溶酸化物が、前記燃料電池の作動の間にＬＳＭの平衡濃度から生ずるマンガン酸化物溶離物を含む、項目１に記載の燃料電池システム。
［３］
前記離溶酸化物が、前記Ｃｒ蒸気種と反応することによって、カソード気体流から前記Ｃｒ蒸気種を捕捉する、項目１に記載の燃料電池システム。
［４］
前記離溶酸化物がマンガン酸化物を含む、項目１に記載の燃料電池システム。
［５］
前記カソード導電性層は、前記離溶酸化物の材料以外の、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するよう構成された追加の材料を含む、項目１に記載の燃料電池システム。
［６］
前記更なる材料がアルカリ土類酸化物を含む、項目５に記載の燃料電池システム。
［７］
前記カソード導電性層が、プライマリ伝導経路として、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するよう機能する、項目１に記載の燃料電池システム。
［８］
前記カソード及び前記カソード導電性層が、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するよう構成された前記離溶酸化物を含む、項目１に記載の燃料電池システム。
［９］
前記カソード導電性層は、カソード層よりも多くの自由酸化物を離溶するよう構成された、項目８に記載の燃料電池システム。
［１０］
前記カソードが、還元触媒として、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するよう機能する、項目８に記載の燃料電池システム。
［１１］
前記カソード導電性層の外表面上に堆積した更なる層を更に含んで、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉し、前記更なる層は、前記燃料電池にいかなる必要な電子伝導機能も提供しない、項目１に記載の燃料電池システム。
［１２］
第三の層の組成が、前記Ｃｒ蒸気種と反応するアルカリ土類金属又は希土類元素の少なくとも１つを含む、項目１１に記載の燃料電池システム。
［１３］
燃料電池システムを形成することを含む方法であって、前記燃料電池システムは：
カソードと；
前記カソードに隣接するカソード導電性層と；
前記カソードによって前記カソード導電性層から分離されている電解質と；
前記電解質によって前記カソードから分離されているアノードと
を含み、
前記アノード、前記カソード導電性層、前記カソード、及び前記電解質は、電気化学的電池を形成するよう構成されており、前記カソード導電性層は、前記燃料電池システム内に存在するＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された離溶酸化物を含む、方法。
［１４］
前記カソード導電性層が、Ａ−サイト欠損を有するＬＳＭ材料から形成されており、前記離溶酸化物が、前記燃料電池の作動の間にＬＳＭの平衡濃度から生ずるマンガン酸化物溶離物を含む、項目１３に記載の方法。
［１５］
前記離溶酸化物が、前記Ｃｒ蒸気種と反応することによって、カソード気体流から前記Ｃｒ蒸気種を捕捉する、項目１３に記載の方法。
［１６］
前記離溶酸化物が、アルカリ土類酸化物を含む、項目１３に記載の方法。
［１７］
前記カソード導電性層は、前記離溶酸化物の材料以外の、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するよう構成された更なる材料を含む、項目１３に記載の方法。
［１８］
前記更なる材料が、アルカリ土類酸化物を含む、項目１７に記載の方法。
［１９］
前記カソード導電性層が、プライマリ伝導経路として、前記燃料電池システム内に存在する前記Ｃｒ蒸気種を捕捉するよう機能する、項目１３に記載の方法。
［２０］
カソードと；
前記カソードに隣接するカソード導電性層と；
前記カソードによって前記カソード導電性層から分離されている電解質と；
前記電解質によって前記カソードから分離されているアノードと
を含む、燃料電池システムであって、
前記アノード、前記カソード導電性層、前記カソード、及び前記電解質は、電気化学的電池を形成するよう構成されており、前記カソード導電性層又は前記カソードの少なくとも１つは、前記燃料電池システム内に存在するＣｒ蒸気種を捕捉するよう構成された離溶酸化物を含み、前記カソード導電性層は、Ａ−サイト欠損を有するＬＳＭ材料から形成されており、前記離溶酸化物は、前記燃料電池の作動の間にＬＳＭの平衡濃度から生ずるマンガン酸化物溶離物を含む、燃料電池システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】