[發明專利]固體氧化物型燃料電池

有效

• 申請號: 201610029931.3
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN105575461B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 籾山大;柿沼保夫;高橋悠也;石黑明;安藤茂;川上晃
• 申請（專利權）人: TOTO株式會社
• 主分類號: H01B1/08
• 分類號: H01B1/08;H01M4/90;H01M8/1246
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司11290
• 代理人: 王玉玲,李雪春

本申請是2013年10月11日進入中國國家階段的、發明名稱為“固體電解質型燃料電池”的國家申請號為201280018035.7專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種固體氧化物型燃料電池。

背景技術

一種固體氧化物型燃料電池，其具備：固體電解質層，由固體電解質形成為層狀；燃料極，形成在前述固體電解質層的一個側面使燃料氣體滲透至前述固體電解質層；及空氣極，形成在前述固體電解質層的另一個側面使氧化劑氣體滲透至前述固體電解質層，其中，提出了各種各樣的材料來用作固體電解質。

在這種背景下，近年來作為能夠得到比穩定氧化鋯高的氧離子導電性的物質，開始關注至少含有La及Ga的鈣鈦礦型復合氧化物(以下有時也記載為鎵酸鑭氧化物)，且正在進行大量的研究。該鎵酸鑭氧化物是如下氧化物，通過即使在低溫下氧離子導電性也很少下降的物質，La、Ga的一部分利用置換固溶而被原子價比其低的Sr、Mg等取代，由此，其具有燒結體的氧離子導電性變大的性質。如此，作為一個例子在下述專利文獻1中提出了將鎵酸鑭氧化物用作固體電解質的鎵酸鑭系電解質。

專利文獻1：日本國特開2008-77998號公報

鎵酸鑭系電解質與穩定氧化鋯系電解質相比低溫下的離子導電性高，能夠有利于提高低溫下的發電性能。但是，鎵酸鑭系電解質與穩定氧化鋯系電解質相比，其與燃料極中含有的Ni成分的反應性高，在單電池制作時或運行中，Ni成分容易擴散至鎵酸鑭系電解質中。如果Ni成分擴散至鎵酸鑭系電解質中，則由于電解質的離子遷移數下降，因此燃料極和空氣極發生電氣內部短路，則存在作為燃料電池的輸出有時會下降這樣的應解決的課題。

為了解決該課題，在上述專利文獻1中，在由鎵酸鑭系電解質形成的電解質層和燃料極之間設置由含鈰氧化物構成的層。如此，由含鈰氧化物構成的層被有意形成為，作為抑制燃料極中含有的Ni成分向鎵酸鑭系電解質擴散的反應防止層而發揮作用。但是，僅通過含有含鈰氧化物的反應防止層則無法完全防止Ni成分的擴散，為了提高輸出性能而需要進一步的對策。

發明內容

本發明是鑒于上述課題而進行的，其目的在于提供一種固體氧化物型燃料電池，進一步提高抑制燃料極中含有的Ni成分向電解質層側擴散的效果。

為了解決上述課題，本發明所涉及的固體氧化物型燃料電池具備：固體電解質層，由固體電解質形成為層狀；燃料極，形成在所述固體電解質層的一個側面使燃料氣體滲透至所述固體電解質層；及空氣極，形成在所述固體電解質層的另一個側面使氧化劑氣體滲透至所述固體電解質層，其特征在于，所述燃料極包含Ni及NiO的至少一種，所述固體電解質層包含至少含有La及Ga的鈣鈦礦型復合氧化物和MgO，所述鈣鈦礦型復合氧化物是由通式La_1-aSr_aGa_1-bMg_bO₃表示的鎵酸鑭氧化物，所述a、b滿足0.05≤a≤0.3、0≤b≤0.3，在所述固體電解質層中所述MgO為粒子狀的MgO粒子，散布于以所述鈣鈦礦型復合氧化物為主成分的粒子的晶界，所述MgO粒子以4vol％以上且20vol％以下的比例被包含在所述固體電解質層中。

這里所說的以鈣鈦礦型復合氧化物為主成分的粒子的晶界是指包括通過燒結而得到的鈣鈦礦型復合氧化物的粒子彼此的界面及晶界三重點。

從燃料極側向固體電解質層側擴散的Ni成分通過沿固體電解質中的鈣鈦礦型復合氧化物的晶界移動，而在固體電解質中向空氣極側擴散。在本發明中，由于在固體電解質層中，MgO為粒子狀的MgO粒子，散布于以鈣鈦礦型復合氧化物為主成分的粒子的晶界，因此從燃料極側擴散來的Ni成分經過MgO粒子所散布的區域。本發明人發現MgO粒子具有捕捉Ni成分的功能，本發明利用了該見解。因而，途經MgO粒子所散布的區域的Ni成分在該散布區域被MgO粒子捕捉，可切實地抑制從固體電解質層向空氣極側區域擴散。因而，可以切實地防止燃料極和空氣極發生電氣內部短路而導致發電性能下降。

另外，在本發明中，使MgO粒子散布于固體電解質層中的以鈣鈦礦型復合氧化物為主成分的粒子的晶界。通過這種MgO粒子的散布化，可以抑制因MgO粒子而引起的離子導電性下降。而且，通過使MgO粒子散布于用于防止Ni成分擴散而最有效的區域，從而能夠通過較少的MgO粒子來發揮最大限度的Ni成分擴散防止效果。