(57)【要約】【課題】  集電材−水素極間の接触抵抗を低減し、触媒を有効に利用し触媒活性の高い水素極を用いた、出力性能に優れる固体酸化物型電気化学セルの提供。【解決手段】  複合酸化物固溶体を触媒前駆体に用いた水素極表面上に、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕより選ばれる少なくとも一種またはこれら金属の二種類以上を含む合金と、この金属材料とＹＳＺ，ＳｃＳＺなどのイオン導電性粒子もしくはＳＤＣ，ＧＤＣ，ＹＤＣなどの電子−イオン混合導電性粒子との混合物からなる集電層を積層した水素極を作製する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン導電性を有し二つの面を持った固体電解質層を挟み、一方の面に水素極、他方の面に酸素極を有する固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記水素極が、触媒前駆体である複合酸化物固溶体粒子、及びイオン導電性もしくは電子−イオン混合導電性を有するイオン導電性粒子からなる水素極層と、この水素極層より電子導電性の高い材料を前記水素極層表面に積層して形成された導電層と、この導電層に電気的に接触して形成される集電体とを具備することを特徴とする固体酸化物型電気化学セル。 
【請求項２】
前記導電層は、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，及びＣｕより選ばれる少なくとも一種の金属材料またはこれら金属の二種類以上を含む合金、および該金属材料と前記電極を構成するイオン導電性材料もしくは電子−イオン混合導電性材料との混合物からなり、その気孔率が３０％以上、８０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型電気化学セル。 
【請求項３】
前記導電層が、スクリーン印刷法もしくはスプレーコーティング法もしくは蒸着法により水素極層表面の４０〜１００ %を占有することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）および固体電解質高温水蒸気電解セル（ＳＯＥＣ）等の固体酸化物型電気化学セル用、そのセル用水素極に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型電気化学セルは、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）および高温水蒸気電解セル（ＳＯＥＣ）等であるが、固体酸化物型電気化学セルはその高い作動温度（７００〜１０００℃）から、ＳＯＦＣとして発電効率が高くＣＯ２の発生も少ない次世代のクリーンな発電システムとして期待されており、またＳＯＥＣとして一段階で高純度の水素を製造することのできる高効率水素製造法として期待されている。
【０００３】
この固体酸化物型電気化学セルの特性を向上させるには、水素極の高性能化、すなわち触媒サイズを小さくし電極反応に寄与する三相界面を増やすことが必要不可欠である。小さなサイズの触媒を形成する方法として、電極の骨格を形成するイオン導電性表面にＮｉの微粒子を高分散担持させる方法（非特許文献１参照）や、複合酸化物固溶体からの還元析出触媒を用いる方法（非特許文献１）などが開示されている。
【０００４】
ＳＤＣ混合導電体を用いる方法では、ＳＤＣのネットワークで構成した多孔質体中に金属塩水溶液等の含浸法によりＮｉ粒子を形成させる。これによりＮｉ粒子のサイズを１桁以上小さくすること、およびより少ないＮｉ添加量にて高い触媒活性を得て、さらに電極内の完全な電子ネットワークを形成することに成功している。さらに、ＳＤＣは電子導電性も併せ持つため、原理的には微細なＮｉ粒子とＳＤＣの境界面すべてが三相界面ということになる。Ｎｉ−ＳＤＣ間の結合性は比較的良いとされるが、Ｎｉ粒子は溶液含浸、焼成、還元によって作製されるため、時間とともに粒子のサイズが変化し、また焼成過程で粒子同士の焼結が起こって不均一な組織になる。
【０００５】
また、複合酸化物固溶体を用いる方法では、還元析出によって基体上に数十ｎｍの金属微粒子を形成することができる。さらに形成した微粒子は基体内部から析出しているため、アンカー効果により凝集が起こりにくいと期待されている。しかし、還元析出後の基体は絶縁体であるため、電極内の電気的な抵抗増加を導き、セルの損失が増大する。
【非特許文献１】Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１４１，［２］，３４２−３４６，１９９４．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複合酸化物固溶体からの還元析出触媒を用いた固体酸化物型電気化学セルの水素極では、ｎｍサイズの金属微粒子触媒を形成することができるため、少量の金属触媒量で高い電極反応活性を得ることができるが、還元析出後に絶縁体が形成するため、水素極内の電気的な抵抗が増加しロスが大きくなる。特に水素極表面部では集電材と接触し、電極反応に必要な電子の授受を行うため、水素極表面部にはより高い電子導電性が求められる。そこで、水素極表面の集電材を接触させる部分に、酸素イオン導電体を含むＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ等からなる網目状の配線印刷を形成することで、複合酸化物固溶体から析出した金属を伝う電子の導電パスを補助し、水素極−集電材間の電気的な接触抵抗をある程度まで低減することができる。しかし、この配線印刷では水素極表面部の全ての析出粒子と接触させるのは困難であり、非接触部が電気的な接触抵抗となっていた。また、非接触部の析出粒子は電極反応に活性な三相界面にならない部分が多く、析出した触媒を有効に利用することができていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１にかかる固体酸化物型電気化学セルは、イオン導電性を有し二つの面を持った固体電解質層を挟み、一方の面に水素極、他方の面に酸素極を有する固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記水素極が、触媒前駆体である複合酸化物固溶体粒子、及びイオン導電性もしくは電子−イオン混合導電性を有するイオン導電性粒子からなる水素極層と、この水素極層より電子導電性の高い材料を前記水素極層表面に積層して形成された導電層と、この導電層に電気的に接触して形成される集電体とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２にかかる固体酸化物型電気化学セルは、請求項１において、導電層がＰｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，及びＣｕより選ばれる少なくとも一種の金属材料または該金属材料と前記水素極を構成するイオン導電性もしくは電子−イオン混合導電性を有する焼結体との混合物からなり、その気孔率が３０以上、８０％以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３にかかる固体酸化物型電気化学セルは、請求項１において、前記導電層がスクリーン印刷法もしくはスプレーコーティング法もしくは蒸着法により形成され、水素極層表面の４０以上、１００ %以下を占有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上記構成によって、固体酸化物型電気化学セルの実現に必要な、高活性を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明による固体酸化物型電気化学セルについて説明するが、本発明は以下の実施の形態や実施例に限定されるものではない。また、以下の説明で参照する模式図は、各構成の位置関係を示す図であり、粒子の大きさや各層の厚さの比等は実際のものと必ずしも一致するものではない。
【００１２】
本発明の実施形態は、水素極とこれを用いた固体酸化物型電気化学セルに関する。
【００１３】
まず固体酸化物型電気化学セルのＳＯＦＣモードを例にとって、図１の断面模式図を参照しつつ本実施形態を説明する。電気化学セルは、固体電解質層としての固体酸化物電解質板１１を挟んで、その一方の面に水素極の形成材料１２を、もう一方の面に酸素極の形成材料（固体酸化物電解質板１１を挟んで水素極材料１２と対向する側に位置する）を積層して成る。
【００１４】
酸素極は混合導電性を示す酸化物であり一般式Ｌｎ１−ｘＡｘＢＯ３（Ｌｎ＝希土類元素；Ａ＝Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ；Ｂ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種）で表される複合酸化物からなる。これらの複合酸化物は酸素を効率よく解離すると同時に電子導電性を有している。また、前記複合酸化物で若干不足するイオン導電性を、イオン導電性酸化物を併せて添加することにより補うことも可能である。このイオン導電性酸化物としては、Ｓｍ２Ｏ３をドープしたＣｅＯ２、もしくはＧｄ２Ｏ３をドープしたＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３をドープしたＣｅＯ２のいずれか一つを用いる。これらは還元性雰囲気では混合導電性を示すが、酸素含有雰囲気中では高いイオン導電性を示すものであり、かつ前記混合導電性を示す酸化物と反応をしないものである。
【００１５】
酸素極にて解離された酸化物イオン（Ｏ２−）は固体酸化物電解質板１１を通って水素極１２へと移動し、水素と反応して水を生成する。このときに生成する電子を外部回路として取り出し発電に供する。
【００１６】
酸素極側での酸素の解離および水素極側での水素と酸素イオンとの反応は、いずれも電極内の電子−イオン−反応ガスが共に介する三相界面において起こる。そのため、これら三相界面をいかに多く形成するかが重要な課題となる。
【００１７】
これまでにＮｉ−Ａｌ系，Ｎｉ−Ｍｇ系の複合酸化物固溶体１４からの還元析出法による触媒製造法を提案し、この触媒と、イオン導電性１５もしくは電子−イオン混合導電性を有する粒子１６との混合電極の性能を実証してきた。この方法ではＮｉ−Ａｌ系，Ｎｉ−Ｍｇ系の複合酸化物固溶体１４からの還元析出によってNｉ粒子担持アルミニウム複合酸化物／Ｎｉ粒子担持マグネシウム複合酸化物１７としてＡｌ系およびＭｇ系酸化物基体上に金属微粒子を形成することができ、少量の金属触媒量で大きな触媒表面積を得ることができている。また、還元時に固溶体からの析出物として金属粒子を作製するため基材に固定化されており、高温還元性雰囲気下で金属粒子の焼結が起こりにくくなる。しかし、析出金属微粒子体積に比べ絶縁体基体の体積が大きいため、電極化時には電極層内のオーム抵抗が大きくなる。特に電極表面と集電体１８との間でその影響は著しく、水素極１２−集電体１８間で接触抵抗が増大し、ロスが大きくなる。このため、水素極表面に電極より高い電子伝導性を有する材料で網目状の集電配線１９を施し、これと集電体１８とを接触させることで集電を取る必要がある。（図２（ｂ−１）、（ｂ−２））しかし、この方法では全てのＮｉ粒子担持アルミニウム複合酸化物／Ｎｉ粒子担持マグネシウム複合酸化物１７が網目上の集電配線と接触しているわけではないため、集電効率が悪く水素極１２−集電体１８間での接触抵抗をゼロにはできない。また、水素極表面部の触媒はイオン導電性１５もしくは電子−イオン混合導電性を有する粒子１６との接触面が少ないため、有効に利用できない。
【００１８】
そこで、水素極表面に電極より高い電子伝導性を有する材料で集電層２０を積層することで、電極−集電材間の接触抵抗を抑え、また電極表面部の触媒を有効に利用することができる。
【００１９】
このような集電層２０を有し、複合酸化物固溶体を触媒前駆体に用いた水素極１２を用いたセルの製造方法を、複合酸化物固溶体１４にＮｉ−Ａｌ系酸化物を、イオン導電性粒子としてのイオン導電性粒子１５または混合導電性粒子１６にＳＤＣを、そしてＮｉ−ＹＳＺの集電層２０を積層したセルを例にとって、その製造方法を以下に説明する。
【００２０】
本実施形態における水素極製造工程の一例を図３に、セル作製工程の一例を図４に示す。
【００２１】
まず、ＮｉＯ粉末とＡｌ２Ｏ３粉末を混合焼成してＮｉＡｌ２Ｏ４で表されるニッケルアルミニウム複合酸化物固溶体を作製し、これを粉砕して複合酸化物固溶体粒子１４にして用いる。粉砕後の粒子径は０．１〜数μｍほどが好ましい。次に、このようにして作製した複合酸化物固溶体粒子１４と電子―イオン混合導電性粒子１６とを混合し、目的の組成に調製した硝酸塩等の金属塩水溶液を加えてペースト化する（Ｓ−１）。イオン導電性粒子としてのイオン混合導電性粒子１６の例としては、Ｓｍ２Ｏ３をドープしたＣｅＯ２もしくはＧｄ２Ｏ３をドープしたＣｅＯ２、もしくはＹ２Ｏ３をドープしたＣｅＯ２を用いるが、これに限定されず、４００℃以上１０００℃以下において高い酸素イオン導電性と電子導電性を有しているものであれば良い。
【００２２】
次に、このペースト化した混合粉末を固体酸化物電解質板１１の表面にスクリーン印刷し（Ｓ−２，Ｓ−４１）、両者の接着強度が高まる温度まで昇温して焼成する（Ｓ−３，Ｓ−４２）。一般には１２００℃以上１４００℃以下の範囲で焼成することが好ましい。混合導電性粒子１６と複合酸化物固溶体粒子１４を形成する方法はこれに限定されるものではない。混合粉末をスラリー化して塗布、ディッピング、あるいはスプレーコーティング法により作製しても、シート化し積層形成しても構わない。実際には焼結によりそれぞれの粒子１４，１６が結合・一体化し、ネットワークを形成している。また、電極中のガス拡散性を考慮すると、電極層は多孔質であることが好ましく、あらかじめ焼成時に焼失して気孔を形成する気孔形成材を混合しておいても構わない。気孔形成材の例としては有機系のもので、例えばアクリル系の球状粒子などがある。
【００２３】
その後、酸素極の材料として一般式Ｌｎ１−ｘＡｘＢＯ３（Ｌｎ＝希土類元素；Ａ＝Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ；Ｂ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種）で表される複合酸化物を水またはアルコール系溶媒を用いてペースト化し、水素極を焼き付けた面と反対側の固体酸化物電解質板１１の表面にスクリーン印刷し（Ｓ−４３）、両者の接着強度が高まる温度まで昇温して焼成する（Ｓ−４４）。一般には１０００℃以上１３００℃以下の範囲で焼成することが好ましい。また酸素極ペーストにはＬｎ１−ｘＡｘＢＯ３（Ｌｎ＝希土類元素；Ａ＝Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ；Ｂ＝Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種）で表される複合酸化物だけでなく、イオン導電性を示す粒子１５または混合導電性粒子１６を混合してもよい。
【００２４】
さらに、本実施形態の特徴である集電効率を上げるための処理を行う。最終的な材料構成において触媒であり電子伝導性を有する金属粒子が微細で孤立分散しているため集電体１８との接触を十分に取るのに工夫が必要である。通常、金属メッシュなどを集電体１８として電極に押し付けて接触を取る様にしてもよいが、本実施形態においては、電極上に電極より高い電子導電性を有する材料の導電層２０を積層し、これと集電材１８とを接触させることで集電を取る（図１）。
【００２５】
この導電層２０は水素極表面の４０〜１００％を覆うことが望ましく、またその気孔率は３０〜８０％であることが望ましい。また、導電層２０の厚さは、燃料および電極反応により生成するガスの拡散を妨げない程度が望ましい。導電層に使用される電子導電性粒子１３としては、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕより選ばれる少なくとも一種またはこれら金属の二種類以上を含む合金などであり、この金属材料とＹＳＺ，ＳｃＳＺなどのイオン導電性粒子１５もしくはＳＤＣ，ＧＤＣ，ＹＤＣなどの電子−イオン混合導電性粒子１６とを混合してペースト化して用いる。混合比は全体に対して前記金属の比率を４０〜９０ｖｏｌ％とするのが好ましい。これにより、電極との密着性、接合性が向上するとともにそれ自身の触媒的作用も期待できる。この導電層ペーストを水素極１２表面にスクリーン印刷（Ｓ−４５）、両者の接着強度が高まる温度まで昇温して焼成する（Ｓ−４６）。一般には８００℃以上１０００℃以下の範囲で焼成することが好ましい。
【００２６】
導電層２０を焼成後、燃料極を８００℃以上１０００℃以下の還元性雰囲気下にて還元処理する（Ｓ−４，Ｓ−４７）。通常ＮｉＯの還元処理では必要以上に温度を上げないよう９００℃程度で行うが、ＮｉＡｌ２Ｏ４を主成分とする本実施形態ではＮｉの析出を十分に起こさせるため、９００℃以上で還元することがより好ましい。還元時間は特に限定されないが１０分程度もあればよい。
【００２７】
還元によりＮｉＡｌ２Ｏ４の部分は、Ｎｉ成分が表面へ析出して基材はアルミニウム酸化物（おもにＡｌ２Ｏ３）となる。すなわち、Ｎｉ粒子担持Ａｌ２Ｏ３が形成される。このようにして形成される金属微粒子の大きさは一般には数十ｎｍである。活性な触媒機能を果たすには、金属微粒子の大きさは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度であることが好ましい。５ｎｍ以下のサイズのものは現実的に作製が困難であるし、５００ｎｍ以上となると隣接粒子同士が結合してしまって従来のＮｉＯを還元して用いるのと同じ問題を抱えてしまう恐れがある。触媒としてより好ましいサイズは２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度である。このサイズは従来の電極触媒サイズの１〜２桁小さい値のため触媒活性の向上が期待される。このため、添加するＮｉＡｌ２Ｏ４の量としては電極を構成する材料全体の５重量％以上８０重量％以下の範囲内が良い。より好ましくは１０重量％以上５０重量％以下である。
【００２８】
本実施形態によれば、触媒量を少なくすることができるため、混合導電体部分を大きくとることが可能になり、固体電解質との熱膨張的な差や整合ミスマッチによる差を小さく抑えることができる。
【００２９】
また、この析出金属粒子は、基材であるＡｌ２Ｏ３の表面部に一層だけ存在し、基材との整合性が良く、強い結合を有している。したがって、高温還元性雰囲気にさらされても容易に移動することが無いという特徴も有している。
【００３０】
さらに、金属粒子が微細で孤立して存在するため、急激な酸化に対しても体積膨張が局所的に抑えられ、破壊に至りにくいという利点もある。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態により作製される導電層２０によれば、微細なＮｉ粒子を基材固定化することが可能な複合酸化物固溶体１４を用いた水素極１２の接触抵抗が小さくでき、セルの損失を少なくすることができる。また析出触媒を有効に利用することができセル出力の向上も可能である。
【００３２】
以上の手段によって、本発明によれば、電極調製プロセスにおいてもスクリーン印刷、スプレーコーティングなど安価な製法が適用でき、低コストでセルを作製することが可能である。
【実施例】
【００３３】
本実施の形態について実施例によってさらに詳細に説明する。電極に用いるイオン導電性粒子としては焼結体としてＳｍ２Ｏ３をドープしたＣｅＯ２を、また複合酸化物固溶体粒子としてＮｉＡｌ２O4の粒子を例に挙げて説明する。また、用いた粉末の粒径等はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
＜複合酸化物固溶体粒子の調製＞
平均粒径約１μｍのＮｉＯ粉末と平均粒径約０．４μｍのＡｌ２Ｏ３粉末をモル比で１：１になるように混合し、混合粉末をプレス成形してアルゴン中、１３００℃で５時間焼結することでＮｉＡｌ２Ｏ４複合酸化物固溶体を作製した。遊星型ボールミルを用いてこの複合酸化物固溶体を、比表面積が２０〜２３ｍ２／ｇになるまで粉砕し、ＮｉＡｌ２Ｏ４水素極触媒前駆体である複合酸化物固溶体粒子とした。
【００３５】
＜ペースト化溶媒の調製＞
イオン導電性を有する焼結体であるＳＤＣ（Ｓｍ０．２Ｃｅ０．８Ｏ２）と同組成になるように、ＣｅおよびＳｍの硝酸塩をＣｅ：Ｓｍ＝１：４で混合し、ＳＤＣとして０．８ Ｍになるように硝酸塩水溶液を調製した。
【００３６】
＜水素極ペーストの調製＞
＜複合酸化物固溶体粒子の調製＞で調製したＮｉＡｌ２Ｏ４水素極触媒前駆体と、イオン導電性を有する焼結体として平均粒径０．３μｍのＳＤＣ（Ｓｍ０．２Ｃｅ０．８Ｏ２）粒子とを、粉砕粒子の重量比で２０：８０重量比になるようにそれぞれ混合粉を秤量した。この混合粉に＜ペースト化溶媒の調整＞で調整したＣｅ，Ｓｍ硝酸塩水溶液を混合粉末に対して約３０重量％加えて高速回転混合機により混合することで、水素極ペーストとした。
【００３７】
＜固体酸化物電気化学セルの作製−１＞（実施例１）
固体酸化物電解質にはφ１８ｍｍ、厚さ５００μｍに加工したＹＳＺ（８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３で安定化させたＺｒＯ２）を用いた。＜水素極ペーストの調製＞で調製したペーストをスクリーン印刷機で、ＹＳＺ電解質の中央にφ６ｍｍの大きさで印刷した。印刷後、大気炉に入れ、それぞれを１３００℃にて２時間焼成を行った。次に、ＹＳＺ電解質の反対面にＰｔ電極を同様に印刷して酸素極とし、また電解質側面にＰｔ参照極を塗って、９６０℃で３０分間焼成した。その後、ＹＳＺ粉末を混合したＮｉペースト（Ｎｉ：ＹＳＺが重量比で８２：１８になるように混合）を、水素極表面上にぴったりと重なるように、水素極ペーストと同様に印刷し、水素極表面上に導電層を積層した。その後、アルゴン雰囲気中、９６０℃で３０分間の熱処理を施し、導電層を電極表面に固定化した。
【００３８】
＜固体酸化物電気化学セルの作製−２＞（比較例１）
固体酸化物電解質にはφ１８ｍｍ、厚さ５００μｍに加工したＹＳＺ（８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３で安定化させたＺｒＯ２）を用いた。＜水素極ペーストの調製＞で調製したペーストをスクリーン印刷機で、ＹＳＺ電解質の中央にφ６ｍｍの大きさで印刷した。印刷後、大気炉に入れ、それぞれを１３００℃にて２時間焼成を行った。次に、ＹＳＺ電解質の反対面にＰｔ電極を同様に印刷して酸素極とし、また電解質側面にＰｔ参照極を塗って、９６０℃で３０分間焼成した。その後、ＹＳＺ粉末を混合したＮｉペースト（Ｎｉ：ＹＳＺが重量比で８２：１８になるように混合）を、線幅３０μｍ程度、配線間隔５００μｍほどの配線状になるように作製したスクリーンメッシュを通して、作製した電極表層部に網目状配線印刷を施した。その後、アルゴン雰囲気中、９６０℃で３０分間の熱処理を施し、網目状配線を電極表面に固定化した。
【００３９】
＜セル特性評価試験＞
実施例1で作製した平板型固体酸化物電気化学セルと比較例１で作製した同セルを出力特性評価装置にセットし、水素極側、をパイレックス（登録商標）ガラス材によりシールした。電解質側面にφ０．５ｍｍのＰｔ線を付け参照極とした。Ｎ２雰囲気中で昇温したのち、水素極に水素を導入して還元処理を行った。水素還元時間は１０００℃で３０分間とした。
【００４０】
次に、水素極に５０ｍＬ／ｍｉｎのＨ２＋４％Ｈ２Ｏを、酸素極に５０ｍＬ／ｍｉｎのドライ空気を導入し、セル出力特性を評価した。また、カレントインターラプト法によるＩＲ分離も行った。
【００４１】
以下、＜セル特性評価試験＞について説明する。
【００４２】
実施例１および比較例１のセルの電気化学特性評価結果を比較する。はじめに、両セルの最大出力密度を比較すると、実施例１の出力密度は、比較例１の出力密度にくらべ、約１６％の出力向上が見られた。次に、水素極内のオーム抵抗を同様に比較する。電極内オーム抵抗は、端子間のセル抵抗から使用しているＹＳＺ電解質の理論電解質抵抗を引くことで求められ、両セルに用いている厚さ０．５ｍｍのＹＳＺの理論電解質抵抗０．４９〜０．５０ｃｍ２である。また、酸素極にはＰｔを使用しているため、酸素極側の接触抵抗、電極内抵抗は十分低いとみなし、端子間のセル抵抗から理論電解質抵抗を引くことで、水素極抵抗とした。両セルの水素極内オーム抵抗の算出結果を比較すると、実施例１では、ほぼゼロに抑えることができているのに対し、比較例１では０．０３Ωｃｍ２の水素極抵抗が存在している。以上、セル出力密度、水素極内オーム抵抗の比較結果から、実施例１のセルの方が比較例１よりも特性が高く、集電層を用いたことによる特性向上効果が表れている。
【表１】
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比較例１、実施例１の電気化学特性評価結果
これらの導電層効果は、導電層を形成する金属粒子がＮｉだけでなくＰｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕおよびこれら金属の二種類以上を含む合金であっても同程度の効果が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）水素極の断面構造模式図
【図２】還元析出型ＳＯＦＣ水素極の断面及び平面模式図
【図３】第１の実施形態に係る燃料極の製造工程を示す図
【図４】第１の実施形態に係るセルの製造工程を示す図
【符号の説明】
【００４４】
１１・・・固体電解質板
１２・・・水素極
１３・・・電子導電性粒子
１４・・・複合酸化物固溶体粒子
１５・・・イオン導電性粒子
１６・・・混合導電性粒子
１７・・・Ｎｉ粒子担持アルミニウム複合酸化物／Ｎｉ粒子担持マグネシウム複合酸化物
１８・・・集電体
１９・・・網目状の集電配線
２０・・・導電層
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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