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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022181976
(43)【公開日】2022-12-08
(54)【発明の名称】水蒸気電解用水素極
(51)【国際特許分類】
C25B 11/067 20210101AFI20221201BHJP
C25B 1/042 20210101ALI20221201BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20221201BHJP
C25B 11/032 20210101ALI20221201BHJP
C25B 11/054 20210101ALI20221201BHJP
C25B 11/089 20210101ALI20221201BHJP
C04B 35/488 20060101ALI20221201BHJP
C01G 25/00 20060101ALI20221201BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20221201BHJP
H01M 4/86 20060101ALN20221201BHJP
H01M 4/90 20060101ALN20221201BHJP
【ＦＩ】
C25B11/067
C25B1/042
C25B9/23
C25B11/032
C25B11/054
C25B11/089
C04B35/488
C01G25/00
H01M8/12 101
H01M4/86 M
H01M4/90 M
H01M4/86 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021089236
(22)【出願日】2021-05-27
(71)【出願人】
【識別番号】000003609
【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100110227
【弁理士】
【氏名又は名称】畠山 文夫
(72)【発明者】
【氏名】藤田 悟
(72)【発明者】
【氏名】森川 彰
(72)【発明者】
【氏名】人見 卓磨
(72)【発明者】
【氏名】酒井 伸吾
【テーマコード（参考）】
4G048
4K011
4K021
5H018
5H126
【Ｆターム（参考）】
4G048AA03
4G048AB02
4G048AC08
4G048AD04
4G048AE07
4K011AA24
4K011BA08
4K011DA01
4K021AA01
4K021BA02
4K021DB18
4K021DB34
5H018AA06
5H018BB01
5H018BB06
5H018BB12
5H018BB17
5H018EE04
5H018EE13
5H018HH01
5H018HH05
5H126BB06
(57)【要約】
【課題】高温の水蒸気に曝されても電子伝導性の低下が少ない水蒸気電解用水素極を提供すること。
【解決手段】水蒸気電解用水素極は、活性層を含む。前記活性層は、Ｎｉ含有粒子と、Ａ2Ｏ3（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、ＣｅＯ2及びＺｒＯ2の複合酸化物（ＡＣＺ）からなるＡＣＺ粒子とを含むサーメットからなる。前記ＡＣＺ粒子は、粒径の平均値が０．０７１μｍ以上２．５μｍ以下である。前記ＡＣＺ粒子は、粒径の標準偏差が０．３５μｍ以下であるものが好ましい。水蒸気電解用電極は、前記活性層のセパレータ側表面に形成された拡散層をさらに備えているものでも良い。
【選択図】図８
【解決手段】水蒸気電解用水素極は、活性層を含む。前記活性層は、Ｎｉ含有粒子と、Ａ2Ｏ3（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、ＣｅＯ2及びＺｒＯ2の複合酸化物（ＡＣＺ）からなるＡＣＺ粒子とを含むサーメットからなる。前記ＡＣＺ粒子は、粒径の平均値が０．０７１μｍ以上２．５μｍ以下である。前記ＡＣＺ粒子は、粒径の標準偏差が０．３５μｍ以下であるものが好ましい。水蒸気電解用電極は、前記活性層のセパレータ側表面に形成された拡散層をさらに備えているものでも良い。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下の構成を備えた水蒸気電解用水素極。
（１）前記水蒸気電解用水素極は、活性層を含み、
前記活性層は、
Ｎｉ含有粒子と、
Ａ2Ｏ3（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、ＣｅＯ2及びＺｒＯ2の複合酸化物（ＡＣＺ）からなるＡＣＺ粒子と
を含むサーメットからなる。
（２）前記ＡＣＺ粒子は、粒径の平均値が０．０７１μｍ以上２．５μｍ以下である。
（１）前記水蒸気電解用水素極は、活性層を含み、
前記活性層は、
Ｎｉ含有粒子と、
Ａ2Ｏ3（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、ＣｅＯ2及びＺｒＯ2の複合酸化物（ＡＣＺ）からなるＡＣＺ粒子と
を含むサーメットからなる。
（２）前記ＡＣＺ粒子は、粒径の平均値が０．０７１μｍ以上２．５μｍ以下である。
【請求項2】
前記ＡＣＺ粒子は、粒径の標準偏差が０．３５μｍ以下である請求項１に記載の水蒸気電解用電極。
【請求項3】
前記ＡＣＺ粒子は、次の式（２）で表される組成を有する請求項１又は２に記載の水蒸気電解用水素極。
ＡxＣｅyＺｒ1-x-yＯ2-δ …（２）
但し、
０＜ｘ≦０．２０、０＜ｙ≦０．２０、
δは、電気的中性が保たれる値、
Ａは、Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ。
ＡxＣｅyＺｒ1-x-yＯ2-δ …（２）
但し、
０＜ｘ≦０．２０、０＜ｙ≦０．２０、
δは、電気的中性が保たれる値、
Ａは、Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ。
【請求項4】
前記活性層は、前記Ｎｉ含有粒子の含有量が３０．０ｍａｓｓ％以上７０．０ｍａｓｓ％以下である請求項１から３までのいずれか１項に記載の水蒸気電解用水素極。
【請求項5】
前記活性層のセパレータ側表面に形成された拡散層をさらに備えた請求項１から４までのいずれか１項に記載の水蒸気電解用水素極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水蒸気電解用水素極に関し、さらに詳しくは、固体酸化物電解質として、Ａ2Ｏ3（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、ＣｅＯ2及びＺｒＯ2の複合酸化物（ＡＣＺ）を含む活性層を備えた水蒸気電解用水素極に関する。
【背景技術】
【0002】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質として酸化物イオン伝導体を用いた燃料電池である。ＳＯＦＣのアノード（燃料極）に、Ｈ2、ＣＯ、ＣＨ4などの燃料ガスを供給し、カソード（酸素極）にＯ2を供給すると、電極反応が進行し、電力を取り出すことができる。電極反応により生成したＣＯ2やＨ2Ｏは、ＳＯＦＣ外に排出される。
一方、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）は、ＳＯＦＣと構造は同じであるが、ＳＯＦＣとは逆の反応を起こさせるものである。すなわち、ＳＯＥＣのカソード（水素極）にＣＯ2やＨ2Ｏを供給し、電極間に電流を流すと、ＣＯやＨ2を生成させることができる。
一方、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）は、ＳＯＦＣと構造は同じであるが、ＳＯＦＣとは逆の反応を起こさせるものである。すなわち、ＳＯＥＣのカソード（水素極）にＣＯ2やＨ2Ｏを供給し、電極間に電流を流すと、ＣＯやＨ2を生成させることができる。
【0003】
ＳＯＥＣは、電解質の一方の面にアノード（酸素極）が接合され、他方の面にカソード（水素極）が接合された単セルを備えている。このようなＳＯＥＣを構成する部材の材料として、一般的には、以下のような材料が用いられている（非特許文献１～６参照）。
（ａ）電解質： イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、サマリアドープトセリア（ＳＤＣ）、ランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物（ＬＳＧＭ）など。
（ｂ）酸素極： ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムコバルトフェライト（ＬＳＣＦ）、ランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣ）など。
（ｃ）水素極： Ｎｉ／ＹＳＺ、Ｎｉ／ＳＤＣ、Ｎｉ－Ｆｅ／ＳＤＣなど。
（ａ）電解質： イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、サマリアドープトセリア（ＳＤＣ）、ランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物（ＬＳＧＭ）など。
（ｂ）酸素極： ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムコバルトフェライト（ＬＳＣＦ）、ランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣ）など。
（ｃ）水素極： Ｎｉ／ＹＳＺ、Ｎｉ／ＳＤＣ、Ｎｉ－Ｆｅ／ＳＤＣなど。
【0004】
ＳＯＥＣの水素極には、一般に、Ｎｉ／ＹＳＺサーメットが用いられる。しかし、水素極には、水素製造の原料となる水蒸気が高温下（７００℃以上）で供給される。そのため、水素極に含まれるＮｉが容易に酸化され、ＮｉＯが形成される。ＮｉＯは絶縁体であるため、水素極中にＮｉＯが形成されると、その部分では電子パスが途絶え、電解反応が進行しなくなる。その結果、電解特性が低下する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Ebbesen, S. D.; Hansen, J. B.; Morgensen, M. B. ECS Trans. 2013, 57, 3217.
【非特許文献2】Jensen, S. H.; Larsen, P. H.; Mogensen, M. Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 3253.
【非特許文献3】Katahira, K.; Kohchi, Y.; Shimura, T.; Iwahara, H. Solid State Ionics 2000, 138, 91.
【非特許文献4】Languna-Bercero, M. A.; Skinner, S. J.; Kilner, J. A. J. Power Sources 2009, 192, 126.
【非特許文献5】O'Brien, J. E.; Stoots, C. M.; Herring, J. S.; Lessing, P. A.; Hartvigsen, J. J.; Elangovan, S. J. Fuel Cell Sci. Technol. 2005, 2, 156.
【非特許文献6】Sune Dalgaard Ebbesen, Soren Hojgaard Jensen, Anne Hauch, and Morgens Bjerg Morgensen, Chem. Rev. 2014, 114, 1069
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、高温の水蒸気に曝されても電子伝導性の低下が少ない水蒸気電解用水素極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために本発明に係る水蒸気電解用水素極は、以下の構成を備えている。
（１）前記水蒸気電解用水素極は、活性層を含み、
前記活性層は、
Ｎｉ含有粒子と、
Ａ2Ｏ3（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、ＣｅＯ2及びＺｒＯ2の複合酸化物（ＡＣＺ）からなるＡＣＺ粒子と
を含むサーメットからなる。
（２）前記ＡＣＺ粒子は、粒径の平均値が０．０７１μｍ以上２．５μｍ以下である。
（１）前記水蒸気電解用水素極は、活性層を含み、
前記活性層は、
Ｎｉ含有粒子と、
Ａ2Ｏ3（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、ＣｅＯ2及びＺｒＯ2の複合酸化物（ＡＣＺ）からなるＡＣＺ粒子と
を含むサーメットからなる。
（２）前記ＡＣＺ粒子は、粒径の平均値が０．０７１μｍ以上２．５μｍ以下である。
【0008】
前記ＡＣＺ粒子は、粒径の標準偏差が０．３５μｍ以下であるものが好ましい。
また、水蒸気電解用電極は、前記活性層のセパレータ側表面に形成された拡散層をさらに備えているものでも良い。
また、水蒸気電解用電極は、前記活性層のセパレータ側表面に形成された拡散層をさらに備えているものでも良い。
【発明の効果】
【0009】
ＡＣＺ粒子は、酸化物イオン伝導体としての機能に加えて、酸素吸蔵・放出能を持つ。そのため、ＡＣＺ粒子とＮｉ含有粒子のサーメットをＳＯＥＣの水素極の活性層に適用した場合、活性層が高温の水蒸気と接触した時に、ＡＣＺ粒子が水蒸気中の酸素イオンをトラップする。その結果、Ｎｉ含有粒子の酸化を抑制することができる。
【0010】
さらに、このようなＡＣＺ粒子によるＮｉ含有粒子の酸化抑制効果は、ＡＣＺ粒子の平均粒径によらず得られるが、その効果の大きさは平均粒径に依存する。具体的には、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さくなるほど、Ｎｉ含有粒子の酸化抑制効果が向上する。これは、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さくなるほど、ＡＣＺ粒子の比表面積が増加し、ＡＣＺ粒子と酸素との反応効率が向上するためと考えられる。
さらに、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さいことに加えて、粒径の標準偏差が相対的に小さい場合には、Ｎｉ含有粒子の酸化抑制効果がさらに向上する。
さらに、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さいことに加えて、粒径の標準偏差が相対的に小さい場合には、Ｎｉ含有粒子の酸化抑制効果がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】Ｎｉ／ＡＣＺ（Ａ＝Ｙ）を活性層に用いた固体酸化物形電解セルの模式図である。
【図2】Ｎｉ／ＹＳＺを活性層に用いた従来の固体酸化物形電解セルの模式図である。
【図3】ＡＣＺによるＮｉ酸化メカニズムの模式図である。
【図4】実施例３で得られた焼成後のＹＣＺ粉末のＸＲＤパターンである。
【0012】
【図6】実施例３で得られたＮｉ／ＹＣＺ混合粉末の７００℃における酸素吸蔵量である。
【0013】
【図7】Ｎｉ／ＹＳＺ（(Ｙ2Ｏ3)0.08(ＺｒＯ2)0.92）混合粉末のＸＡＦＳスペクトルである。
【図8】温度７００℃、酸化雰囲気（２％Ｏ2）下における各種混合粉末のＮｉ酸化率（６０分経過後）である。
【図9】ＹＣＺ粒子の平均粒径とＮｉ酸化率との関係を示す図である。
【図10】ＹＣＺ粒子の粒径の標準偏差とＮｉ酸化率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． 水蒸気電解用水素極］
本発明に係る水蒸気電解用水素極（以下、「水素極」ともいう）は、活性層を含む。
本発明に係る水蒸気電解用水素極は、活性層のセパレータ側表面に形成された拡散層をさらに備えていても良い。
［１． 水蒸気電解用水素極］
本発明に係る水蒸気電解用水素極（以下、「水素極」ともいう）は、活性層を含む。
本発明に係る水蒸気電解用水素極は、活性層のセパレータ側表面に形成された拡散層をさらに備えていても良い。
【0015】
［１．１． 活性層］
活性層は、
Ｎｉ含有粒子と、
Ａ2Ｏ3（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、ＣｅＯ2及びＺｒＯ2の複合酸化物（ＡＣＺ）からなるＡＣＺ粒子と
を含むサーメットからなる。
活性層は、
Ｎｉ含有粒子と、
Ａ2Ｏ3（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、ＣｅＯ2及びＺｒＯ2の複合酸化物（ＡＣＺ）からなるＡＣＺ粒子と
を含むサーメットからなる。
【0016】
［１．１．１． 活性層に含まれるＮｉ含有粒子］
活性層に含まれる「Ｎｉ含有粒子（以下、「Ｎｉ含有粒子（Ｂ）」ともいう）」とは、粒子に含まれる金属元素の総質量に対するＮｉの質量の割合が９０ｍａｓｓ％以上である金属粒子をいう。Ｎｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの質量割合は、好ましくは、９５ｍａｓｓ％以上である。
Ｎｉ含有粒子（Ｂ）は、活性層中において、電極触媒及び電子伝導体としての機能を有する。Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の組成は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。
活性層に含まれる「Ｎｉ含有粒子（以下、「Ｎｉ含有粒子（Ｂ）」ともいう）」とは、粒子に含まれる金属元素の総質量に対するＮｉの質量の割合が９０ｍａｓｓ％以上である金属粒子をいう。Ｎｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの質量割合は、好ましくは、９５ｍａｓｓ％以上である。
Ｎｉ含有粒子（Ｂ）は、活性層中において、電極触媒及び電子伝導体としての機能を有する。Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の組成は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。
【0017】
Ｎｉ含有粒子（Ｂ）としては、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ－Ｆｅ合金、Ｎｉ－Ｃｏ合金などがある。これらの中でも、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）は、Ｎｉ又はＮｉ－Ｆｅ合金が好ましい。
【0018】
［１．１．２． ＡＣＺ粒子］
［Ａ． 酸素吸蔵・放出能］
ＡＣＺ粒子は、元素Ａ（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、及びＣｅがドープされたＺｒＯ2からなり、活性層中において、酸化物イオン伝導体としての機能、及びＮｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの酸化を抑制する機能を有する。
［Ａ． 酸素吸蔵・放出能］
ＡＣＺ粒子は、元素Ａ（但し，Ａ＝Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ）、及びＣｅがドープされたＺｒＯ2からなり、活性層中において、酸化物イオン伝導体としての機能、及びＮｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの酸化を抑制する機能を有する。
【0019】
ＺｒＯ2にドープされた元素Ａは、主として、ＺｒＯ2に高いイオン伝導性を付与する作用がある。ＺｒＯ2にドープされたＣｅは、主として、ＺｒＯ2に酸素吸蔵・放出能を付与する作用がある。
そのため、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）を含む水素極にＡＣＺ粒子を添加すると、高い電極活性を維持したまま、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの酸化が格段に抑制される。Ｎｉ含有粒子（Ｂ）がＮｉ以外の金属元素を含む場合であっても、少なくともＮｉの酸化を抑制することができれば、電極内に三相界面（ＴＰＢ）を確保することができる。
そのため、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）を含む水素極にＡＣＺ粒子を添加すると、高い電極活性を維持したまま、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの酸化が格段に抑制される。Ｎｉ含有粒子（Ｂ）がＮｉ以外の金属元素を含む場合であっても、少なくともＮｉの酸化を抑制することができれば、電極内に三相界面（ＴＰＢ）を確保することができる。
【0020】
次の式（１）に、ＣＺの酸素吸蔵・放出反応の反応式を示す。式（１）中、右側に進む反応は酸化反応を表し、左側に進む反応は還元反応を表す。
ＣｅＯ2-x－ＺｒＯ2＋(ｘ／２)Ｏ2 ⇔ ＣｅＯ2－ＺｒＯ2 …（１）
ＣｅＯ2-x－ＺｒＯ2＋(ｘ／２)Ｏ2 ⇔ ＣｅＯ2－ＺｒＯ2 …（１）
【0021】
ＺｒＯ2中に固溶しているＣｅイオンは、周囲の雰囲気中の酸素分圧に応じて、可逆的に３価の状態（還元状態）と、４価の状態（酸化状態）とを取ることができる。そのため、ＣＺが酸化雰囲気に曝される時には、ＣＺは雰囲気中にある酸素イオンを結晶格子内に取り込む。一方、ＣＺが還元雰囲気に曝される時には、ＣＺは結晶格子内にある酸素イオンを雰囲気中に放出する。この点は、ＡＣＺも同様である。
【0022】
［Ｂ． 組成］
ＡＣＺ粒子は、特に、次の式（２）で表される組成を有するものが好ましい。
ＡxＣｅyＺｒ1-x-yＯ2-δ …（２）
但し、
０＜ｘ≦０．２０、０＜ｙ≦０．２０、
δは、電気的中性が保たれる値、
Ａは、Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ。
ＡＣＺ粒子は、特に、次の式（２）で表される組成を有するものが好ましい。
ＡxＣｅyＺｒ1-x-yＯ2-δ …（２）
但し、
０＜ｘ≦０．２０、０＜ｙ≦０．２０、
δは、電気的中性が保たれる値、
Ａは、Ｙ、Ｌａ、及び／又は、Ｓｃ。
【0023】
式（２）中、ｘは、ＡＣＺ粒子に含まれる元素Ａ、Ｃｅ、及びＺｒの総モル数に対する元素Ａのモル数を表す。ｘが小さくなりすぎると、ＡＣＺ粒子の耐熱性及びＮｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの酸化抑制機能が低下する。従って、ｘは、０超である必要がある。ｘは、好ましくは、０．０５以上である。
一方、ｘが過剰になると、分相が生じ、ＣＺ構造を維持できなくなり、構造安定性が低下する。従って、ｘは、０．２０以下が好ましい。
一方、ｘが過剰になると、分相が生じ、ＣＺ構造を維持できなくなり、構造安定性が低下する。従って、ｘは、０．２０以下が好ましい。
【0024】
式（２）中、ｙは、ＡＣＺ粒子に含まれる元素Ａ、Ｃｅ、及びＺｒの総モル数に対するＣｅのモル数を表す。ｙが小さくなりすぎると、酸素吸蔵量が低下し、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの酸化抑制機能が低下する場合がある。従って、ｙは、０超である必要がある。ｙは、好ましくは、０．０１以上である。
一方、ｙが過剰になると、水素極の酸素イオン伝導性が低下するだけでなく、水素極の機械的強度も低下する場合がある。従って、ｙは、０．２０以下が好ましい。
一方、ｙが過剰になると、水素極の酸素イオン伝導性が低下するだけでなく、水素極の機械的強度も低下する場合がある。従って、ｙは、０．２０以下が好ましい。
【0025】
元素Ａは、Ｙ、Ｌａ、又は、Ｓｃからなる。元素Ａは、これらのいずれか１種の元素であっても良く、あるいは、２種以上の元素であっても良い。
【0026】
［Ｃ． 平均粒径］
本発明において、ＡＣＺ粒子の「粒径」とは、顕微鏡観察により測定された３０個以上のＡＣＺ粒子の最大寸法の平均値をいう。
ＡＣＺ粒子の平均粒径は、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化抑制効果に影響を与える。一般に、ＡＣＺ粒子の平均粒径が大きくなりすぎると、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化を十分に抑制することができなくなる場合がある。従って、ＡＣＺ粒子の平均粒径は、２．５μｍ以下である必要がある。平均粒径は、好ましくは、２．０μｍ以下、１．５μｍ以下、あるいは、１．０μｍ以下である。
一方、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さくなりすぎると、粒子同士が凝集しやすくなり、焼成後のＡＣＺ粒子が大きくなりやすい。従って、ＡＣＺ粒子の平均粒径は、０．０７１μｍ以上である必要がある。
本発明において、ＡＣＺ粒子の「粒径」とは、顕微鏡観察により測定された３０個以上のＡＣＺ粒子の最大寸法の平均値をいう。
ＡＣＺ粒子の平均粒径は、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化抑制効果に影響を与える。一般に、ＡＣＺ粒子の平均粒径が大きくなりすぎると、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化を十分に抑制することができなくなる場合がある。従って、ＡＣＺ粒子の平均粒径は、２．５μｍ以下である必要がある。平均粒径は、好ましくは、２．０μｍ以下、１．５μｍ以下、あるいは、１．０μｍ以下である。
一方、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さくなりすぎると、粒子同士が凝集しやすくなり、焼成後のＡＣＺ粒子が大きくなりやすい。従って、ＡＣＺ粒子の平均粒径は、０．０７１μｍ以上である必要がある。
【0027】
［Ｄ． 標準偏差］
ＡＣＺ粒子の粒径の「標準偏差」とは、３０個以上のＡＣＺ粒子について測定された粒径の標準偏差をいう。
ＡＣＺ粒子の粒径の標準偏差もまた、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化抑制効果に影響を与える。一般に、ＡＣＺ粒子の粒径の標準偏差が小さくなるほど、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化が抑制される。このような効果を得るためには、ＡＣＺ粒子の粒径の標準偏差は、０．３５μｍ以下が好ましい。標準偏差は、さらに好ましくは、０．３０μｍ以下、さらに好ましくは、０．１０μｍ以下である。
ＡＣＺ粒子の粒径の「標準偏差」とは、３０個以上のＡＣＺ粒子について測定された粒径の標準偏差をいう。
ＡＣＺ粒子の粒径の標準偏差もまた、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化抑制効果に影響を与える。一般に、ＡＣＺ粒子の粒径の標準偏差が小さくなるほど、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化が抑制される。このような効果を得るためには、ＡＣＺ粒子の粒径の標準偏差は、０．３５μｍ以下が好ましい。標準偏差は、さらに好ましくは、０．３０μｍ以下、さらに好ましくは、０．１０μｍ以下である。
【0028】
［１．１．３． 活性層の組成］
「Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量」とは、活性層に含まれるＡＣＺ粒子及びＮｉ含有粒子（Ｂ）の総質量に対するＮｉ含有粒子（Ｂ）の質量の割合をいう。
Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量が少なくなりすぎると、セル全抵抗が高くなり、電極反応の効率も低下する。従って、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量は、３０ｍａｓｓ％以上が好ましい。含有量は、さらに好ましくは、４０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量が過剰になると、ＡＣＺ粒子の含有量が少なくなり、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの酸化を十分に抑制できなくなる。従って、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量は、７０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
「Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量」とは、活性層に含まれるＡＣＺ粒子及びＮｉ含有粒子（Ｂ）の総質量に対するＮｉ含有粒子（Ｂ）の質量の割合をいう。
Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量が少なくなりすぎると、セル全抵抗が高くなり、電極反応の効率も低下する。従って、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量は、３０ｍａｓｓ％以上が好ましい。含有量は、さらに好ましくは、４０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量が過剰になると、ＡＣＺ粒子の含有量が少なくなり、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの酸化を十分に抑制できなくなる。従って、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の含有量は、７０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
【0029】
［１．１．４． 気孔率］
活性層の気孔率は、電解特性に影響を与える。活性層の気孔率が小さすぎると、ガスの拡散性が低下し、電極反応の効率が低下する。従って、活性層の気孔率は、１５％以上が好ましい。気孔率は、好ましくは、２０％以上、さらに好ましくは、２５％以上である。
一方、活性層の気孔率が大きくなりすぎると、三相界面が相対的に少なくなり、かえって電極反応の効率が低下する。従って、活性層の気孔率は、４０％以下が好ましい。気孔率は、好ましくは、３５％以下、さらに好ましくは、３０％以下である。
活性層の気孔率は、電解特性に影響を与える。活性層の気孔率が小さすぎると、ガスの拡散性が低下し、電極反応の効率が低下する。従って、活性層の気孔率は、１５％以上が好ましい。気孔率は、好ましくは、２０％以上、さらに好ましくは、２５％以上である。
一方、活性層の気孔率が大きくなりすぎると、三相界面が相対的に少なくなり、かえって電極反応の効率が低下する。従って、活性層の気孔率は、４０％以下が好ましい。気孔率は、好ましくは、３５％以下、さらに好ましくは、３０％以下である。
【0030】
［１．２． 拡散層］
本発明に係る水蒸気電解用水素極は、活性層のみからなるものでも良く、あるいは、活性層と、活性層のセパレータ側表面に形成された拡散層とを備えているものでも良い。
拡散層は、活性層を支持するためのものである。拡散層と活性層との積層体からなる水素極において、電極反応は、主として活性層内で生じる。そのため、拡散層は、必ずしも高いイオン伝導度を有している必要はない。
本発明に係る水蒸気電解用水素極は、活性層のみからなるものでも良く、あるいは、活性層と、活性層のセパレータ側表面に形成された拡散層とを備えているものでも良い。
拡散層は、活性層を支持するためのものである。拡散層と活性層との積層体からなる水素極において、電極反応は、主として活性層内で生じる。そのため、拡散層は、必ずしも高いイオン伝導度を有している必要はない。
【0031】
すなわち、拡散層は、少なくとも、
（ａ）その電解質層側表面に形成される活性層を支持するための機能、
（ｂ）電解の原料を活性層まで拡散させる機能、
（ｃ）還元反応に必要な電子を集電体から活性層まで輸送する機能、及び、
（ｄ）電極反応により活性層で生成した水素を水素極外に排出する機能
を備えている必要がある。
拡散層の組成は、このような機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。拡散層は、Ｎｉ含有粒子と、固体酸化物からなる電解質粒子とを含むサーメットが好ましい。
（ａ）その電解質層側表面に形成される活性層を支持するための機能、
（ｂ）電解の原料を活性層まで拡散させる機能、
（ｃ）還元反応に必要な電子を集電体から活性層まで輸送する機能、及び、
（ｄ）電極反応により活性層で生成した水素を水素極外に排出する機能
を備えている必要がある。
拡散層の組成は、このような機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。拡散層は、Ｎｉ含有粒子と、固体酸化物からなる電解質粒子とを含むサーメットが好ましい。
【0032】
［１．２．１． 拡散層に含まれるＮｉ含有粒子］
拡散層に含まれる「Ｎｉ含有粒子（以下、「Ｎｉ含有粒子（Ａ）」ともいう）」とは、粒子に含まれる金属元素の総質量に対するＮｉの質量の割合が１０ｍａｓｓ％以上である金属粒子をいう。Ｎｉ含有粒子（Ａ）に含まれるＮｉの質量割合は、好ましくは、５０ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、９０ｍａｓｓ％以上である。
拡散層に含まれる「Ｎｉ含有粒子（以下、「Ｎｉ含有粒子（Ａ）」ともいう）」とは、粒子に含まれる金属元素の総質量に対するＮｉの質量の割合が１０ｍａｓｓ％以上である金属粒子をいう。Ｎｉ含有粒子（Ａ）に含まれるＮｉの質量割合は、好ましくは、５０ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、９０ｍａｓｓ％以上である。
【0033】
Ｎｉ含有粒子（Ａ）は、拡散層中において、電子伝導体としての機能を有する。Ｎｉ含有粒子（Ａ）の組成は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。Ｎｉ含有粒子（Ａ）としては、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ－Ｆｅ合金、Ｎｉ－Ｃｏ合金などがある。
【0034】
［１．２．２． 電解質粒子］
電解質粒子の組成は、拡散層としての機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。電解質粒子は、活性層に含まれるＡＣＺ粒子と同一の組成を有するものでも良く、あるいは、異なる組成を有するものでも良い。
電解質粒子としては、例えば、
（ａ）３～１５ｍｏｌ％のＹ2Ｏ3を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、
（ｂ）活性層に含まれるＡＣＺ粒子と同一又は類似の組成を持つ材料、
などがある。
これらの中でも、電解質粒子は、ＹＳＺが好適である。これは、機械的強度が安定しているためである。
電解質粒子の組成は、拡散層としての機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。電解質粒子は、活性層に含まれるＡＣＺ粒子と同一の組成を有するものでも良く、あるいは、異なる組成を有するものでも良い。
電解質粒子としては、例えば、
（ａ）３～１５ｍｏｌ％のＹ2Ｏ3を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、
（ｂ）活性層に含まれるＡＣＺ粒子と同一又は類似の組成を持つ材料、
などがある。
これらの中でも、電解質粒子は、ＹＳＺが好適である。これは、機械的強度が安定しているためである。
【0035】
［１．２．３． 拡散層の組成］
「Ｎｉ含有粒子（Ａ）の含有量」とは、拡散層に含まれる電解質粒子及びＮｉ含有粒子（Ａ）の総質量に対するＮｉ含有粒子（Ａ）の質量の割合をいう。
Ｎｉ含有粒子（Ａ）の含有量は、拡散層としての機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。また、拡散層に含まれるＮｉ含有粒子（Ａ）の含有量は、活性層に含まれるＮｉ含有粒子（Ｂ）の含有量と同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。Ｎｉ含有粒子（Ａ）の含有量は、通常、３０～７０ｍａｓｓ％である。
「Ｎｉ含有粒子（Ａ）の含有量」とは、拡散層に含まれる電解質粒子及びＮｉ含有粒子（Ａ）の総質量に対するＮｉ含有粒子（Ａ）の質量の割合をいう。
Ｎｉ含有粒子（Ａ）の含有量は、拡散層としての機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。また、拡散層に含まれるＮｉ含有粒子（Ａ）の含有量は、活性層に含まれるＮｉ含有粒子（Ｂ）の含有量と同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。Ｎｉ含有粒子（Ａ）の含有量は、通常、３０～７０ｍａｓｓ％である。
【0036】
［１．２．４． 気孔率］
拡散層の気孔率は、水素極のガス拡散性、強度、電子伝導性などに影響を与える。一般に、拡散層の気孔率が小さすぎると、ガス拡散性が低下する。従って、拡散層の気孔率は、４０％以上が好ましい。気孔率は、さらに好ましくは、４５％以上、さらに好ましくは、５０％以上である。
一方、拡散層の気孔率が大きくなりすぎると、強度及び電子伝導性が低下する。従って、拡散層の気孔率は、６０％以下が好ましい。気孔率は、好ましくは、５８％以下、さらに好ましくは、５５％以下である。
拡散層の気孔率は、水素極のガス拡散性、強度、電子伝導性などに影響を与える。一般に、拡散層の気孔率が小さすぎると、ガス拡散性が低下する。従って、拡散層の気孔率は、４０％以上が好ましい。気孔率は、さらに好ましくは、４５％以上、さらに好ましくは、５０％以上である。
一方、拡散層の気孔率が大きくなりすぎると、強度及び電子伝導性が低下する。従って、拡散層の気孔率は、６０％以下が好ましい。気孔率は、好ましくは、５８％以下、さらに好ましくは、５５％以下である。
【0037】
［１．３． 用途］
本発明に係る水素極は、固体酸化物形電解セルの水素極だけでなく、固体酸化物形燃料電池の燃料極としても用いることもできる。
本発明に係る水素極は、固体酸化物形電解セルの水素極だけでなく、固体酸化物形燃料電池の燃料極としても用いることもできる。
【0038】
［２． 水蒸気電解用水素極の製造方法］
本発明に係る水蒸気電解用水素極は、種々の方法により製造することができる。例えば、水素極が活性層と拡散層の２層構造を取る場合、水素極は、
（ａ）Ｎｉ含有粒子（Ａ）の原料、及び、電解質粒子の原料を含む原料混合物（Ａ）を用いて拡散層成形体を作製し、
（ｂ）拡散層成形体の表面に、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の原料、及び、ＡＣＺ粒子の原料を含む原料混合物（Ｂ）を用いて活性層成形体を形成し、
（ｃ）得られた積層体を焼結し、
（ｄ）得られた焼結体を還元処理する
ことにより製造することができる。
本発明に係る水蒸気電解用水素極は、種々の方法により製造することができる。例えば、水素極が活性層と拡散層の２層構造を取る場合、水素極は、
（ａ）Ｎｉ含有粒子（Ａ）の原料、及び、電解質粒子の原料を含む原料混合物（Ａ）を用いて拡散層成形体を作製し、
（ｂ）拡散層成形体の表面に、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の原料、及び、ＡＣＺ粒子の原料を含む原料混合物（Ｂ）を用いて活性層成形体を形成し、
（ｃ）得られた積層体を焼結し、
（ｄ）得られた焼結体を還元処理する
ことにより製造することができる。
【0039】
［２．１． 拡散層成形体作製工程］
まず、Ｎｉ含有粒子（Ａ）の原料、及び、電解質粒子（Ａ）の原料を含む原料混合物（Ａ）を用いて拡散層成形体を作製する（拡散層成形体作製工程）。
まず、Ｎｉ含有粒子（Ａ）の原料、及び、電解質粒子（Ａ）の原料を含む原料混合物（Ａ）を用いて拡散層成形体を作製する（拡散層成形体作製工程）。
【0040】
Ｎｉ含有粒子（Ａ）の原料の種類は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な原料を選択することができる。Ｎｉ含有粒子（Ａ）の原料としては、例えば、ＮｉＯ粉末、Ｆｅ2Ｏ3粉末、Ｆｅ3Ｏ4粉末、金属ＦｅとＮｉＯ又は金属Ｎｉとの混合物、ＣｏＯ粉末、Ｃｏ2Ｏ3粉末などがある。
【0041】
電解質粒子の原料の種類は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な原料を選択することができる。
例えば、電解質粒子がＹＳＺである場合、その原料としては、
（ａ）目的とする組成を有するＹＳＺ粉末、
（ｂ）目的とする組成となるように配合されたＺｒＯ2粉末と、Ｙ2Ｏ3粉末との混合物
などがある。
例えば、電解質粒子がＹＳＺである場合、その原料としては、
（ａ）目的とする組成を有するＹＳＺ粉末、
（ｂ）目的とする組成となるように配合されたＺｒＯ2粉末と、Ｙ2Ｏ3粉末との混合物
などがある。
【0042】
また、原料混合物（Ａ）中には、造孔材（例えば、カーボン粉末）が含まれていても良い。原料混合物（Ａ）中に添加されたＮｉ含有粒子（Ａ）の原料に含まれる金属酸化物（例えば、ＮｉＯ粉末）は、焼結体作製後に還元処理される。その際、体積収縮が起こり、焼結体内に気孔が導入される。そのため、造孔材は、必ずしも必要ではない。しかし、原料混合物（Ａ）中に造孔材を添加すると、気孔率の制御の自由度が増大する。
【0043】
拡散層成形体の作製方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。拡散層成形体の作製方法としては、例えば、
（ａ）原料混合物（Ａ）を含むスラリーをテープ成形し、得られたグリーンシートを複数枚積層し、積層体を静水圧プレスして圧着させる方法、
（ｂ）原料混合物（Ａ）を金型でプレス成形する方法、
などがある。
（ａ）原料混合物（Ａ）を含むスラリーをテープ成形し、得られたグリーンシートを複数枚積層し、積層体を静水圧プレスして圧着させる方法、
（ｂ）原料混合物（Ａ）を金型でプレス成形する方法、
などがある。
【0044】
［２．２． 活性層成形体作製工程］
次に、拡散層成形体の表面に、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の原料、及び、ＡＣＺ粒子の原料を含む原料混合物（Ｂ）を用いて活性層成形体を形成する（活性層成形体作製工程）。
次に、拡散層成形体の表面に、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の原料、及び、ＡＣＺ粒子の原料を含む原料混合物（Ｂ）を用いて活性層成形体を形成する（活性層成形体作製工程）。
【0045】
ＡＣＺ粒子の原料の種類は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な原料を選択することができる。ＡＣＺ粒子の原料としては、例えば、
（ａ）目的とする組成を有するＡＣＺ粉末、
（ｂ）目的とする組成となるように配合されたＡ2Ｏ3粉末と、ＣｅＯ2粉末と、ＺｒＯ2粉末との混合物、
（ｃ）目的とする組成となるように配合された、元素Ａ、Ｃｅ、及び、Ｚｒを含む塩（例えば、硝酸塩）の混合物、
などがある。
さらに、原料混合物（Ａ）と同様の理由から、原料混合物（Ｂ）中には、造孔材（例えば、カーボン粉末）が含まれていても良い。
なお、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の原料の詳細については、Ｎｉ含有粒子（Ａ）の原料と同様であるので、説明を省略する。
（ａ）目的とする組成を有するＡＣＺ粉末、
（ｂ）目的とする組成となるように配合されたＡ2Ｏ3粉末と、ＣｅＯ2粉末と、ＺｒＯ2粉末との混合物、
（ｃ）目的とする組成となるように配合された、元素Ａ、Ｃｅ、及び、Ｚｒを含む塩（例えば、硝酸塩）の混合物、
などがある。
さらに、原料混合物（Ａ）と同様の理由から、原料混合物（Ｂ）中には、造孔材（例えば、カーボン粉末）が含まれていても良い。
なお、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の原料の詳細については、Ｎｉ含有粒子（Ａ）の原料と同様であるので、説明を省略する。
【0046】
活性層成形体の作製方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。活性層成形体の作製方法としては、例えば、
（ａ）原料混合物（Ｂ）を含むスラリーをテープ成形し、得られたグリーンシートを拡散層成形体の上に積層し、積層体を静水圧プレスして圧着させる方法、
（ｂ）原料混合物（Ｂ）を含むスラリーを作製し、拡散層成形体の表面にスラリーをスクリーン印刷する方法、
などがある。
（ａ）原料混合物（Ｂ）を含むスラリーをテープ成形し、得られたグリーンシートを拡散層成形体の上に積層し、積層体を静水圧プレスして圧着させる方法、
（ｂ）原料混合物（Ｂ）を含むスラリーを作製し、拡散層成形体の表面にスラリーをスクリーン印刷する方法、
などがある。
【0047】
［２．３． 焼結工程］
次に、得られた積層体を焼結させる（焼結工程）。焼結条件は、原料組成に応じて最適な条件を選択するのが好ましい。焼結は、通常、大気雰囲気下において、１０００℃～１５００℃で１時間～５時間行うのが好ましい。
原料混合物中に２種以上の酸化物が含まれている場合、焼結中に固相反応が進行し、所定の組成を有する固溶体が生成する場合がある。また、原料混合物中に造孔材が含まれている場合、焼結時に造孔材が消失し、焼結体内に気孔が形成される。
次に、得られた積層体を焼結させる（焼結工程）。焼結条件は、原料組成に応じて最適な条件を選択するのが好ましい。焼結は、通常、大気雰囲気下において、１０００℃～１５００℃で１時間～５時間行うのが好ましい。
原料混合物中に２種以上の酸化物が含まれている場合、焼結中に固相反応が進行し、所定の組成を有する固溶体が生成する場合がある。また、原料混合物中に造孔材が含まれている場合、焼結時に造孔材が消失し、焼結体内に気孔が形成される。
【0048】
［２．４． 還元工程］
次に、得られた焼結体を還元処理する（還元工程）。これにより、本発明に係る水素極が得られる。還元処理は、焼結体中に含まれるＮｉＯ等の金属酸化物を還元し、Ｎｉ含有粒子（Ａ）及びＮｉ含有粒子（Ｂ）を生成させるために行われる。還元条件は、特に限定されるものではなく、電極の組成に応じて最適な条件を選択するのが好ましい。
なお、固体酸化物形電解セルは、後述するように、水素極（カソード）／電解質層／反応防止層／酸素極（アノード）の接合体からなる。水素極の還元は、通常、各層を接合した後に行われる。この点は、固体酸化物形燃料電池セルも同様である。
次に、得られた焼結体を還元処理する（還元工程）。これにより、本発明に係る水素極が得られる。還元処理は、焼結体中に含まれるＮｉＯ等の金属酸化物を還元し、Ｎｉ含有粒子（Ａ）及びＮｉ含有粒子（Ｂ）を生成させるために行われる。還元条件は、特に限定されるものではなく、電極の組成に応じて最適な条件を選択するのが好ましい。
なお、固体酸化物形電解セルは、後述するように、水素極（カソード）／電解質層／反応防止層／酸素極（アノード）の接合体からなる。水素極の還元は、通常、各層を接合した後に行われる。この点は、固体酸化物形燃料電池セルも同様である。
【0049】
［３． 固体酸化物形電解セル］
図１に、Ｎｉ／ＡＣＺ（Ａ＝Ｙ）を活性層に用いた固体酸化物形電解セルの模式図を示す。図１において、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）１０は、
電解質１２と、
電解質１２の一方の面に接合された水素極１４と、
電解質１２の他方の面に接合された酸素極１６と、
電解質１２と酸素極１６との間に挿入された中間層１８と
を備えている。
図１に、Ｎｉ／ＡＣＺ（Ａ＝Ｙ）を活性層に用いた固体酸化物形電解セルの模式図を示す。図１において、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）１０は、
電解質１２と、
電解質１２の一方の面に接合された水素極１４と、
電解質１２の他方の面に接合された酸素極１６と、
電解質１２と酸素極１６との間に挿入された中間層１８と
を備えている。
【0050】
水素極１４には、本発明に係る水蒸気電解用水素極が用いられる。図１において、水素極１４は、活性層１４ａと、活性層１４ａを支持する拡散層１４ｂとの積層体からなる。また、活性層１４ａは、Ｎｉ粒子と、元素ＡがＹであるＡＣＺ粒子（ＹＣＺ粒子）とを含むサーメットからなる。
電解質１２、酸素極１６、及び中間層１８の材料は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な材料を選択することができる。
電解質１２、酸素極１６、及び中間層１８の材料は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な材料を選択することができる。
【0051】
例えば、電解質１２には、ＹＳＺなどを用いることができる。
酸素極１６には、(Ｌａ,Ｓｒ)ＣｏＯ3（ＬＳＣ）、(Ｌａ,Ｓｒ)(Ｃｏ,Ｆｅ)Ｏ3（ＬＳＣＦ）、(Ｌａ,Ｓｒ)ＭｎＯ3（ＬＳＭ）などを用いることができる。
中間層１８は、電解質１２と酸素極１６とが直接、接触することにより生じる反応を防止するための層であり、必要に応じて挿入される。例えば、電解質１２がＹＳＺであり、酸素極１６がＬＳＣである場合、中間層１８には、ＧｄドープＣｅＯ2（ＧＤＣ）を用いるのが好ましい。
酸素極１６には、(Ｌａ,Ｓｒ)ＣｏＯ3（ＬＳＣ）、(Ｌａ,Ｓｒ)(Ｃｏ,Ｆｅ)Ｏ3（ＬＳＣＦ）、(Ｌａ,Ｓｒ)ＭｎＯ3（ＬＳＭ）などを用いることができる。
中間層１８は、電解質１２と酸素極１６とが直接、接触することにより生じる反応を防止するための層であり、必要に応じて挿入される。例えば、電解質１２がＹＳＺであり、酸素極１６がＬＳＣである場合、中間層１８には、ＧｄドープＣｅＯ2（ＧＤＣ）を用いるのが好ましい。
【0052】
なお、上述したように、本発明に係る水素極は、固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）の燃料極に用いることができる。ＳＯＦＣは、用途が異なる以外は、ＳＯＥＣ１０と同一の構造を備えているので、詳細な説明を省略する。
【0053】
［４． 作用］
図２に、Ｎｉ／ＹＳＺを活性層に用いた従来の固体酸化物形電解セルの模式図を示す。従来のＳＯＥＣ１０’は、電解質１２と、電解質１２の一方の面に接合された水素極１４’と、電解質１２の他方の面に接合された酸素極１６と、電解質１２と酸素極１６との間に挿入された中間層１８とを備えている。従来のＳＯＥＣ１０’は、水素極１４’として、Ｎｉ／ＹＳＺサーメットが用いられている。
図２に、Ｎｉ／ＹＳＺを活性層に用いた従来の固体酸化物形電解セルの模式図を示す。従来のＳＯＥＣ１０’は、電解質１２と、電解質１２の一方の面に接合された水素極１４’と、電解質１２の他方の面に接合された酸素極１６と、電解質１２と酸素極１６との間に挿入された中間層１８とを備えている。従来のＳＯＥＣ１０’は、水素極１４’として、Ｎｉ／ＹＳＺサーメットが用いられている。
【0054】
水素極１４’がＮｉ／ＹＳＺサーメットからなるＳＯＥＣ１０’において、水素極１４’にＨ2Ｏを供給し、水素極１４’－酸素極１６間に電流を流すと、水素極１４’では、次の式（３）に示す還元反応が進行する。
Ｈ2Ｏ＋２ｅ- → Ｈ2＋Ｏ2- …（３）
Ｈ2Ｏ＋２ｅ- → Ｈ2＋Ｏ2- …（３）
【0055】
しかし、ＳＯＥＣ１０’を用いた水電解においては、水素極１４’に、原料となる高温（７００℃以上）の水蒸気が供給される。そのため、水素極１４’に含まれるＮｉが容易に酸化され、ＮｉＯが形成される。ＮｉＯは絶縁体であるため、ＮｉＯが形成されると、その部分では電子パスが途絶え、電極反応が進行しなくなる。その結果、電解特性は低下する。
この点は、ＳＯＦＣも同様である。すなわち、ＳＯＦＣのアノード（燃料極）においては、電極反応により水が生成する。そのため、特に、高負荷運転条件下において、生成した水により燃料極中のＮｉが酸化され、発電特性が低下する場合がある。
この点は、ＳＯＦＣも同様である。すなわち、ＳＯＦＣのアノード（燃料極）においては、電極反応により水が生成する。そのため、特に、高負荷運転条件下において、生成した水により燃料極中のＮｉが酸化され、発電特性が低下する場合がある。
【0056】
これに対し、元素Ａ、及びＣｅがドープされたＺｒＯ2固溶体（ＡＣＺ）は、ＣＺに比べて酸素吸蔵能が高い。さらに、ＡＣＺは、ＣＺに比べてＮｉの酸化を抑制する効果が格段に高い。そのため、Ｎｉ及びＡＣＺを含む水素極を用いて水蒸気電解を行うと、Ｎｉの酸化が格段に抑制される。
【0057】
図３に、ＡＣＺによるＮｉ酸化メカニズムの模式図を示す。ＳＯＥＣセルにおいて、水素極へのＡＣＺの添加によりＮｉの酸化が格段に抑制されるのは、以下の理由によると考えられる。
【0058】
［Ａ． ＡＣＺによる酸素イオンの固定］
ＮｉとＡＣＺを含む水素極が高温の水蒸気に曝されると、Ｎｉが酸化され、Ｎｉ粒子の表面がＮｉＯで被覆された状態となる（ステップ１）。この時、Ｎｉ粒子の近傍にＡＣＺ粒子があると、ＮｉＯから酸素原子又は酸素イオンがスピルオーバーする（ステップ２）。そのトリガーとなるのは、ＡＣＺの酸素吸蔵能力と考えられる。
ＮｉとＡＣＺを含む水素極が高温の水蒸気に曝されると、Ｎｉが酸化され、Ｎｉ粒子の表面がＮｉＯで被覆された状態となる（ステップ１）。この時、Ｎｉ粒子の近傍にＡＣＺ粒子があると、ＮｉＯから酸素原子又は酸素イオンがスピルオーバーする（ステップ２）。そのトリガーとなるのは、ＡＣＺの酸素吸蔵能力と考えられる。
【0059】
［Ｂ． ＡＣＺによる還元雰囲気の生成］
ＮｉＯからスピルオーバーした酸素は、ＡＣＺに一時的にトラップされる（ステップ３）。水素極は、Ｎｉ触媒から生成したＨ2によって還元雰囲気になっている。ＡＣＺ自身も水分解能を持ち、そこから水素が生成するので、ＡＣＺもＨ2源として機能する。さらに、還元雰囲気下では、ＡＣＺはトラップした酸素原子又は酸素イオンを酸素分子として容易に放出する。ＡＣＺから放出された酸素分子は、Ｎｉを再酸化させる前に、拡散層を通って系外に排出される（ステップ４）。以下、このようなステップ１～４が繰り返されることにより、Ｎｉ酸化が抑制されると考えられる。
ＮｉＯからスピルオーバーした酸素は、ＡＣＺに一時的にトラップされる（ステップ３）。水素極は、Ｎｉ触媒から生成したＨ2によって還元雰囲気になっている。ＡＣＺ自身も水分解能を持ち、そこから水素が生成するので、ＡＣＺもＨ2源として機能する。さらに、還元雰囲気下では、ＡＣＺはトラップした酸素原子又は酸素イオンを酸素分子として容易に放出する。ＡＣＺから放出された酸素分子は、Ｎｉを再酸化させる前に、拡散層を通って系外に排出される（ステップ４）。以下、このようなステップ１～４が繰り返されることにより、Ｎｉ酸化が抑制されると考えられる。
【0060】
［Ｃ． Ｎｉの電子状態の変化］
後述するように、Ｎｉ／ＹＳＺサーメット中に存在するＮｉの電子状態は、Ｎｉが単独で存在する時の電子状態とほとんど変わらない。一方、Ｎｉ／ＡＣＺサーメット中に存在するＮｉの電子状態は、Ｎｉが単独で存在する時の電子状態とは異なっている。Ｎｉ／ＡＣＺサーメットがＮｉ／ＹＳＺサーメットよりも各段に優れた耐酸化性を示すのは、ＮｉとＡＣＺとが共存することによって、Ｎｉの電子状態が変化するためと考えられる。
後述するように、Ｎｉ／ＹＳＺサーメット中に存在するＮｉの電子状態は、Ｎｉが単独で存在する時の電子状態とほとんど変わらない。一方、Ｎｉ／ＡＣＺサーメット中に存在するＮｉの電子状態は、Ｎｉが単独で存在する時の電子状態とは異なっている。Ｎｉ／ＡＣＺサーメットがＮｉ／ＹＳＺサーメットよりも各段に優れた耐酸化性を示すのは、ＮｉとＡＣＺとが共存することによって、Ｎｉの電子状態が変化するためと考えられる。
【0061】
この点は、電極触媒としてＮｉ以外の元素を含むＮｉ含有粒子（Ｂ）を用いた場合も同様であり、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）とＡＣＺとを共存させると、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの電子状態が変化し、これによってＮｉ含有粒子（Ｂ）に含まれるＮｉの酸化が抑制されると考えられる。
【0062】
［Ｄ． ＡＣＺ粒子の粒径の効果］
上述したように、ＡＣＺ粒子は、酸化物イオン伝導体としての機能に加えて、酸素吸蔵・放出能を持つ。そのため、ＡＣＺ粒子とＮｉ含有粒子（Ｂ）のサーメットをＳＯＥＣの水素極の活性層に適用した場合、高出力下での発電により水蒸気が多量に発生しても、ＡＣＺ粒子が水蒸気中の酸素イオンをトラップする。その結果、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化を抑制することができる。
上述したように、ＡＣＺ粒子は、酸化物イオン伝導体としての機能に加えて、酸素吸蔵・放出能を持つ。そのため、ＡＣＺ粒子とＮｉ含有粒子（Ｂ）のサーメットをＳＯＥＣの水素極の活性層に適用した場合、高出力下での発電により水蒸気が多量に発生しても、ＡＣＺ粒子が水蒸気中の酸素イオンをトラップする。その結果、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化を抑制することができる。
【0063】
さらに、このようなＡＣＺ粒子によるＮｉ含有粒子（Ｂ）の酸化抑制効果は、ＡＣＺ粒子の平均粒径によらず得られるが、その効果の大きさは平均粒径に依存する。具体的には、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さくなるほど、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化抑制効果が向上する。これは、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さくなるほど、ＡＣＺ粒子の比表面積が増加し、ＡＣＺ粒子と酸素との反応効率が向上するためと考えられる。
さらに、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さいことに加えて、粒径の標準偏差が相対的に小さい場合には、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化抑制効果がさらに向上する。
さらに、ＡＣＺ粒子の平均粒径が小さいことに加えて、粒径の標準偏差が相対的に小さい場合には、Ｎｉ含有粒子（Ｂ）の酸化抑制効果がさらに向上する。
【実施例0064】
（実施例１～３、比較例１）
［１． 試料の作製］
［１．１． ＹＣＺ粉末（実施例１～３）］
Ｃｅ源には、硝酸セリウムを用いた。Ｚｒ源には、オキシ硝酸ジルコニウムを用いた。Ｙ源には、硝酸イットリウム６水和物を用いた。硝酸セリウム水溶液に硝酸イットリウム６水和物及びオキシ硝酸ジルコニウムを加えて混合した。これにさらに３０ｍａｓｓ％過酸化水素水を加えて混合し、混合液Ａを得た。各原料の混合比は、Ｙ0.135Ｃｅ0.1Ｚｒ0.765Ｏ2組成を有するＹＣＺ粉末が得られる混合比とした。
これとは別に、２５％アンモニア水及びイオン交換水を混合し、混合液Ｂを得た。
混合液Ａを混合液Ｂに攪拌しながら添加した。所定時間経過後、沈殿物を回収した。
［１． 試料の作製］
［１．１． ＹＣＺ粉末（実施例１～３）］
Ｃｅ源には、硝酸セリウムを用いた。Ｚｒ源には、オキシ硝酸ジルコニウムを用いた。Ｙ源には、硝酸イットリウム６水和物を用いた。硝酸セリウム水溶液に硝酸イットリウム６水和物及びオキシ硝酸ジルコニウムを加えて混合した。これにさらに３０ｍａｓｓ％過酸化水素水を加えて混合し、混合液Ａを得た。各原料の混合比は、Ｙ0.135Ｃｅ0.1Ｚｒ0.765Ｏ2組成を有するＹＣＺ粉末が得られる混合比とした。
これとは別に、２５％アンモニア水及びイオン交換水を混合し、混合液Ｂを得た。
混合液Ａを混合液Ｂに攪拌しながら添加した。所定時間経過後、沈殿物を回収した。
【0065】
次に、沈殿物を大気雰囲気下、１５０℃×７ｈ、及び、４００℃×５ｈの条件下で熱処理し、乾燥させた。さらに、乾燥粉を大気雰囲気下、１４００℃×５ｈの条件下で焼成し、ＹＣＺ粉末を得た。焼成後のＹＣＺ粉末に対し、５０ｍａｓｓ％相当のＮｉＯを添加し、これらを混合した。その後、混合物を８００℃のＨ2還元雰囲気中において１時間焼成し、Ｎｉ／ＹＣＺ混合粉末を得た。
得られたＮｉ／ＹＣＺ混合粉末を粉砕し、分級することで、平均粒径の異なるＹＣＺ粉末を含む３種類のＮｉ／ＹＣＺ混合粉末を得た。ＹＣＺ粉末の平均粒径及び標準偏差は以下の通りである。
（ａ）実施例１： 平均粒径２．０５μｍ、標準偏差：０．３３μｍ
（ｂ）実施例２： 平均粒径０．５９μｍ、標準偏差：０．０７μｍ
（ｃ）実施例３： 平均粒径０．３２μｍ、標準偏差：０．０１４μｍ
得られたＮｉ／ＹＣＺ混合粉末を粉砕し、分級することで、平均粒径の異なるＹＣＺ粉末を含む３種類のＮｉ／ＹＣＺ混合粉末を得た。ＹＣＺ粉末の平均粒径及び標準偏差は以下の通りである。
（ａ）実施例１： 平均粒径２．０５μｍ、標準偏差：０．３３μｍ
（ｂ）実施例２： 平均粒径０．５９μｍ、標準偏差：０．０７μｍ
（ｃ）実施例３： 平均粒径０．３２μｍ、標準偏差：０．０１４μｍ
【0066】
［１．２． ＹＳＺ粉末（比較例１）］
市販のＹＳＺ（(Ｙ2Ｏ3)0.08(ＺｒＯ2)0.92）粉末を用いた以外は、実施例１と同様にして、Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末を得た。Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末に含まれるＹＳＺ粉末の平均粒径は２．０μｍであり、粒径の標準偏差は、０．３μｍであった。
市販のＹＳＺ（(Ｙ2Ｏ3)0.08(ＺｒＯ2)0.92）粉末を用いた以外は、実施例１と同様にして、Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末を得た。Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末に含まれるＹＳＺ粉末の平均粒径は２．０μｍであり、粒径の標準偏差は、０．３μｍであった。
【0067】
［１．３． ＸＡＦＳスペクトル測定用試料の作製］
０．８ｍｇのＮｉ／ＹＣＺ混合粉末、又は、Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末と、４０ｍｇのθアルミナ粉末とを混合し、加圧してφ１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの圧粉成形体を作製した。
０．８ｍｇのＮｉ／ＹＣＺ混合粉末、又は、Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末と、４０ｍｇのθアルミナ粉末とを混合し、加圧してφ１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの圧粉成形体を作製した。
【0068】
［２． 試験方法］
［２．１． ＸＲＤ測定］
得られた焼成後のＹＣＺ粒子のＸＲＤ測定を行った。
［２．２． 透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察］
得られたＮｉ／ＹＳＺ混合粉末について、ＴＥＭ観察を行った。
［２．１． ＸＲＤ測定］
得られた焼成後のＹＣＺ粒子のＸＲＤ測定を行った。
［２．２． 透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察］
得られたＮｉ／ＹＳＺ混合粉末について、ＴＥＭ観察を行った。
【0069】
［２．３． 酸素吸蔵量］
得られたＮｉ／ＹＣＺ混合粉末、又は、Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末の酸素吸蔵量を測定した。酸素吸蔵量熱重量分析計を用いて、Ｈ2（５％）／Ｎ2雰囲気とＯ2（５％）／Ｎ2雰囲気を５分毎に３回切り替える変動雰囲気下において、試料の重量の増減を測定した。２回目のＨ2（５％）／Ｎ2還元時の重量減少を、酸素吸蔵量の代表値として比較した。試料量は１５ｍｇ、ガス流量は１００ｍＬ／ｍｉｎ、測定温度は７００℃とした。
得られたＮｉ／ＹＣＺ混合粉末、又は、Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末の酸素吸蔵量を測定した。酸素吸蔵量熱重量分析計を用いて、Ｈ2（５％）／Ｎ2雰囲気とＯ2（５％）／Ｎ2雰囲気を５分毎に３回切り替える変動雰囲気下において、試料の重量の増減を測定した。２回目のＨ2（５％）／Ｎ2還元時の重量減少を、酸素吸蔵量の代表値として比較した。試料量は１５ｍｇ、ガス流量は１００ｍＬ／ｍｉｎ、測定温度は７００℃とした。
【0070】
［２．４． Ｘ線吸収微構造（ＸＡＦＳ）スペクトルの測定］
Ｎｉ／ＹＣＺ混合粉末、又は、Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末を含む圧粉成形体を石英製のＸＡＦＳ測定用セルにセットした。４％Ｈ2／Ｈｅバランスガス（総量１００ｃｃ／ｍｉｎ）をセル内に導入し、７８０℃まで温度を上昇させ（６０℃／ｍｉｎ）、圧粉成形体を還元処理した。その後、７００℃に降温し、１分間、Ｈｅガスでパージした。次に、セル内の雰囲気を、２％Ｏ2／Ｈｅガス（加湿無）の酸化雰囲気に切り替えた。
Ｎｉ／ＹＣＺ混合粉末、又は、Ｎｉ／ＹＳＺ混合粉末を含む圧粉成形体を石英製のＸＡＦＳ測定用セルにセットした。４％Ｈ2／Ｈｅバランスガス（総量１００ｃｃ／ｍｉｎ）をセル内に導入し、７８０℃まで温度を上昇させ（６０℃／ｍｉｎ）、圧粉成形体を還元処理した。その後、７００℃に降温し、１分間、Ｈｅガスでパージした。次に、セル内の雰囲気を、２％Ｏ2／Ｈｅガス（加湿無）の酸化雰囲気に切り替えた。
【0071】
ＸＡＦＳスペクトルは、Ｈｅパージを開始した時から測定した。また、リファレンススペクトルとして、ＮｉとＮｉＯを使用した。表１に、ＸＡＦＳ測定条件の詳細を示す。
さらに、酸化雰囲気に切り替えてから６０分経過後のＸＡＦＳスペクトルから、Ｎｉ酸化率を算出した。Ｎｉ及びＮｉＯのＸＡＦＳスペクトルを用いて、線形最小二乗フィッティングによりＮｉＯ／Ｎｉ比を求め、これをＮｉ酸化率とした。
さらに、酸化雰囲気に切り替えてから６０分経過後のＸＡＦＳスペクトルから、Ｎｉ酸化率を算出した。Ｎｉ及びＮｉＯのＸＡＦＳスペクトルを用いて、線形最小二乗フィッティングによりＮｉＯ／Ｎｉ比を求め、これをＮｉ酸化率とした。
【0072】
【表1】
【0073】
［３． 結果］
［３．１． ＸＲＤ測定］
図４に、実施例３で得られた焼成後のＹＣＺ粉末のＸＲＤパターンを示す。図４より、ＹＣＺ相が得られていることが確認できた。この時のシェラー式による結晶子サイズは、７０．１ｎｍであった。
［３．１． ＸＲＤ測定］
図４に、実施例３で得られた焼成後のＹＣＺ粉末のＸＲＤパターンを示す。図４より、ＹＣＺ相が得られていることが確認できた。この時のシェラー式による結晶子サイズは、７０．１ｎｍであった。
【0074】
［３．２． ＴＥＭ観察］
図５（Ａ）に、実施例３で得られたＮｉ／ＹＣＺ混合粉末のＴＥＭ像を示す。図５（Ｂ）に、図５（Ａ）のＮｉ／ＹＣＺ混合粉末に含まれるＹＣＺ粒子の粒度分布を示す。図５より、Ｎｉ粒子の周囲に、微細かつ粒径の揃ったＹＣＺ粒子が分布していることが分かる。
図５（Ａ）に、実施例３で得られたＮｉ／ＹＣＺ混合粉末のＴＥＭ像を示す。図５（Ｂ）に、図５（Ａ）のＮｉ／ＹＣＺ混合粉末に含まれるＹＣＺ粒子の粒度分布を示す。図５より、Ｎｉ粒子の周囲に、微細かつ粒径の揃ったＹＣＺ粒子が分布していることが分かる。
【0075】
［３．３． 酸素吸蔵量］
図６に、実施例３で得られたＮｉ／ＹＣＺ混合粉末の７００℃における酸素吸蔵量を示す。実施例３のＮｉ／ＹＣＺ混合粉末の７００℃における酸素吸蔵量は、０．４１４ｍｇであった。一方、比較例１で得られたＮｉ／ＹＳＺ混合粉末の酸素吸蔵量は、０ｍｇであった。Ｎｉ／ＹＣＺ混合粉末のＮｉ酸化の抑制効果は、Ｎｉ／ＹＣＺ混合粉末の酸素吸蔵能力に対応していると考えられる。
図６に、実施例３で得られたＮｉ／ＹＣＺ混合粉末の７００℃における酸素吸蔵量を示す。実施例３のＮｉ／ＹＣＺ混合粉末の７００℃における酸素吸蔵量は、０．４１４ｍｇであった。一方、比較例１で得られたＮｉ／ＹＳＺ混合粉末の酸素吸蔵量は、０ｍｇであった。Ｎｉ／ＹＣＺ混合粉末のＮｉ酸化の抑制効果は、Ｎｉ／ＹＣＺ混合粉末の酸素吸蔵能力に対応していると考えられる。
【0076】
［３．４． ＸＡＦＳスペクトルの測定］
図７に、Ｎｉ／ＹＳＺ（(Ｙ2Ｏ3)0.08(ＺｒＯ2)0.92）混合粉末のＸＡＦＳスペクトルを示す。図７には、リファレンスＮｉ及びＮｉＯのスペクトルも併せて示した。図７より、Ｎｉ／ＹＳＺ中のＮｉ（０分）のＸＡＦＳスペクトルは、リファレンスのＮｉ金属と同じスペクトルを示すことが分かる。
一方、図示はしないが、Ｎｉ／ＹＣＺ混合粉末中のＮｉ（０分）のＸＡＦＳスペクトルは、Ｎｉ金属とは異なるスペクトルを示した。
図７に、Ｎｉ／ＹＳＺ（(Ｙ2Ｏ3)0.08(ＺｒＯ2)0.92）混合粉末のＸＡＦＳスペクトルを示す。図７には、リファレンスＮｉ及びＮｉＯのスペクトルも併せて示した。図７より、Ｎｉ／ＹＳＺ中のＮｉ（０分）のＸＡＦＳスペクトルは、リファレンスのＮｉ金属と同じスペクトルを示すことが分かる。
一方、図示はしないが、Ｎｉ／ＹＣＺ混合粉末中のＮｉ（０分）のＸＡＦＳスペクトルは、Ｎｉ金属とは異なるスペクトルを示した。
【0077】
図８に、温度７００℃、酸化雰囲気（２％Ｏ2）下における各種混合粉末のＮｉ酸化率（６０分経過後）を示す。図８より、実施例１～３の混合粉末は、比較例１の混合粉末に比べてＮｉ酸化率が低いことが分かる。
図９に、ＹＣＺ粒子の平均粒径とＮｉ酸化率との関係を示す。さらに、図１０に、ＹＣＺ粒子の粒径の標準偏差とＮｉ酸化率との関係を示す。図９及び図１０より、ＹＣＺ粒子の平均粒径が小さくなるほど、及び／又は、粒径の標準偏差が小さくなるほど、Ｎｉ酸化率が小さくなることが分かる。これは、ＹＣＺ粒子の微細化及び均一化に伴い、ＹＣＺ粒子の比表面積が増加し、ＹＣＺ粒子と酸素との反応効率が向上（ＹＣＺ粒子の内部まで反応に寄与する）ためと推定される。
図９に、ＹＣＺ粒子の平均粒径とＮｉ酸化率との関係を示す。さらに、図１０に、ＹＣＺ粒子の粒径の標準偏差とＮｉ酸化率との関係を示す。図９及び図１０より、ＹＣＺ粒子の平均粒径が小さくなるほど、及び／又は、粒径の標準偏差が小さくなるほど、Ｎｉ酸化率が小さくなることが分かる。これは、ＹＣＺ粒子の微細化及び均一化に伴い、ＹＣＺ粒子の比表面積が増加し、ＹＣＺ粒子と酸素との反応効率が向上（ＹＣＺ粒子の内部まで反応に寄与する）ためと推定される。
【0078】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0079】
本発明に係る水素極は、固体酸化物形電解セルの水素極、あるいは、固体酸化物形燃料電池の燃料極として使用することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】