【手続補正書】
【提出日】令和2年12月4日(2020.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
【図１】図１は、触媒被膜を付加する前のＰＤＣ粒子を示す概略図である。
【図２】図２は、ＰＤＣ触媒担持粒子をａ）２５００倍の倍率及びｂ）３００００倍の倍率で示すＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３】図３は、触媒材料で含浸した後のＰＤＣ粒子を示す概略図である。
【図４】図４は、含浸後のＰＤＣ粒子を３００００倍の倍率で示すＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図５】図５は、金属支持型ＳＯＦＣのための従来型のＳＯＦＣサーメットアノードを示す概略図である。
【図６】図６は、含浸済ＰＤＣ粒子を含む本発明の範囲外のＳＯＦＣを示す概略図である。
【図７】図７は、含浸済ＰＤＣから形成されたアノードを有する本発明の範囲外のＳＯＦＣ電池の断面を、（ａ）アノード微細構造、（ｂ）アノード−基板界面、及び（ｃ）アノード−電解質界面で示すＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図８】図８は、含浸済ＰＤＣ粒子が従来型のサーメット構造内へ組み込まれているＳＯＦＣアノードを示す概略図である。
【図９】図９は、含浸済ＰＤＣ粒子が従来型のサーメット構造内へ組み込まれているＳＯＦＣアノードの断面を、ａ）５０００倍及びｂ）１５０００倍の倍率で示すＳＥＭ画像である。
【図１０】図１０は、Ｌａ０．７５Ｓｒ０．２５Ｍｎ０．５Ｃｒ０．５Ｏ３のマトリックス内へ組み込まれた含浸済ＰＤＣ粒子を示す概略図である。
【図１１】図１１は、Ｌａ０．７５Ｓｒ０．２５Ｍｎ０．５Ｃｒ０．５Ｏ３のマトリックス内へ組み込まれたＰＤＣ粒子を示すＳＥＭ断面画像である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
全体的に含浸済ＰＤＣ粒子から成るアノード
本発明ではないＳＯＦＣが図６に概略的に示されている。このＳＯＦＣは、電解質１３と、焼結された含浸済ＰＤＣ粒子１９から形成されたアノードと、フェライト系ステンレス鋼基板１１とを含む。本ＳＯＦＣは、図７の断面された電池のＳＥＭ顕微鏡写真で示されている。この利点は、従来型のＳＯＦＣアノードサーメットと比較して極めて良好な酸化還元安定性と内部水蒸気改質活性とを有することである。なぜならば、理論に縛られずに言えば、これは機械的安定性に関して金属相に依存しないからである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
このＳＯＦＣの欠点は、アノード層の電子伝導性が比較的低いことである。それというのもアノード−電解質界面から基板へ電子電流を運ぶための隣接する金属相がないからである。このことは結果として電池のこの部分に比較的高いオーム抵抗電圧損失を招く。この問題を避けるために、本発明に従う２つの実施態様が開発された。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
ＰＤＣ粒子を組み込んだアノード−例Ａ
従って、活性金属含浸済のＰＤＣ粒子が典型的には、部分的に金属相に代わって、従来型のサーメットアノード構造内へ組み込まれる。この事例では、何らかの隣接する金属相の存在により、内部水蒸気改質に関して何らかの酸化還元安定性及び触媒活性を犠牲にして、電子伝導性が大幅に向上する。しかしながらこれらの特性の両方は、従来型のサーメットアノードと比較してなおも改善されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
電子伝導性セラミックから成るマトリックス内への含浸済ＰＤＣ粒子の組み込み−例Ｂ
活性金属含浸済ＰＤＣ粒子は典型的には、好適な電子伝導性セラミックのマトリックス内へ組み込まれる。多孔質導電性セラミックマトリックスは、アノードの機械的構造を提供し、そしてアノード−電解質界面から基板への電流収集経路を提供する。このことは図１０に概略的に示されており、図１０は、電解質１３と、含浸済ＰＤＣ粒子１９と、導電性セラミック２５と、鋼基板１１とを示している。図１１は、伝導性セラミックマトリックス内へ組み込まれたＰＤＣ粒子のＳＥＭ断面を示している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
表１は、上記システムの試験データの概要、及び標準的なアノードサーメットとの比較を示す。ＰＤＣは、８重量％のニッケル及び２重量％のコバルトで含浸した。コバルトは層の焼結を向上させるために添加した。５７０℃及び０．７５Ｖ／セルのＳＯＦＣ出力を５６％Ｈ２／４４％Ｎ２燃料において測定する。実施態様の出力は標準アノードと同等であり、ＰＤＣアノードの事例では、前述のようにアノード内のオーム抵抗が高いために出力が若干低いことが判る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
【表１】
2020517044.tif 000001
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
表１から明らかなように、実施態様は具体的には、酸化還元サイクルを通した性能損失が低減され、そして内部メタン改質が改善される点で、標準的なアノードを凌ぐ利点をもたらす。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
本明細書中に記載された特徴は、本発明の部分を「含む（comprising）」と称されることがあるが、本発明は前記特徴の１つ又は２つ以上から「成る（consist)」又は「本質的に成る（consist essentially）」こともある。さらに、全ての数値範囲は文字通りに解釈されるべきではなく、文字の上では逸脱しているが、しかし技術的には重要ではない形で逸脱した値を包含するために「約（about）」という用語によって修飾されるものと解釈されるべきである。
本開示には以下に例示する実施形態も開示される。
［実施形態１］
固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）のためのアノードであって、前記アノードが、
ドープされた金属酸化物を含むマトリックスと、
電極触媒と
を含み、
前記電極触媒が、水蒸気改質触媒を含有する多孔質粒子を含む、
固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）のためのアノード。
［実施形態２］
前記水蒸気改質触媒が、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ、又はこれらの組み合わせから選択される、実施形態１に記載のアノード。
［実施形態３］
前記水蒸気改質触媒がニッケルである、実施形態２に記載のアノード。
［実施形態４］
前記触媒がさらにＭｇ及び／又はＡｌを含む、実施形態１から３までのいずれか１項に記載のアノード。
［実施形態５］
前記ドープされた金属酸化物が導電性セラミック材料である、実施形態１から４までのいずれか１項に記載のアノード。
［実施形態６］
前記導電性セラミック材料が希土類ドープセリアである、実施形態１から５までのいずれか１項に記載のアノード。
［実施形態７］
前記希土類ドープセリアが、ガドリニウムドープセリア（ＣＧＯ）、サマリウムドープセリア、又はこれらの組み合わせから選択される、実施形態６に記載のアノード。
［実施形態８］
前記希土類ドープセリアがガドリニウムドープセリア（ＣＧＯ）である、実施形態７に記載のアノード。
［実施形態９］
前記多孔質粒子の孔径が１μｍ未満である、実施形態１から８までのいずれか１項に記載のアノード。
［実施形態１０］
前記多孔質粒子の孔径が１ｎｍ超である、実施形態９に記載のアノード。
［実施形態１１］
前記多孔質粒子の孔径が１ｎｍ〜５００ｎｍである、実施形態１０に記載のアノード。
［実施形態１２］
前記多孔質粒子がメソポーラス粒子である、実施形態１１に記載のアノード。
［実施形態１３］
前記多孔質粒子が前記マトリックス全体を通して分散されている、実施形態１から１２までのいずれか１項に記載のアノード。
［実施形態１４］
前記多孔質粒子がプラセオジミウムドープセリア（ＰＤＣ）を含む、実施形態１３に記載のアノード。
［実施形態１５］
前記多孔質粒子が酸化ニッケルを含む、実施形態１から１４までのいずれか１項に記載のアノード。
［実施形態１６］
前記マトリックスがさらに、焼結助剤、触媒材料、バインダー、分散剤、又はこれらの組み合わせから選択された１種又は２種以上の成分を含む、実施形態１から１５までのいずれか１項に記載のアノード。
［実施形態１７］
前記マトリックスがさらに水蒸気改質触媒を含む、実施形態１６に記載のアノード。
［実施形態１８］
前記マトリックスがさらにニッケルを含む、実施形態１７に記載のアノード。
［実施形態１９］
前記マトリックスがさらに銅を含む、実施形態１から１８までのいずれか１項に記載のアノード。
［実施形態２０］
前記マトリックスがさらに酸化銅を含む、実施形態１９に記載のアノード。
［実施形態２１］
前記アノードが、金属支持型固体酸化物燃料電池のためのものである、実施形態１から２０までのいずれか１項に記載のアノード。
［実施形態２２］
実施形態１から２１までのいずれか１項に記載のアノードを作るための組成物であって、前記組成物が、
ドープされた金属酸化物を含むマトリックス前駆体と、
電極触媒と
を含み、
前記電極触媒が、水蒸気改質触媒を含有する多孔質粒子を含む、
アノードを作るための組成物。
［実施形態２３］
前記組成物がさらに１種又は２種以上の溶媒を含む、実施形態２２に記載の組成物。
［実施形態２４］
前記組成物がインクである、実施形態２２又は２３に記載の組成物。
［実施形態２５］
前記組成物が、焼結助剤、触媒材料、バインダー、分散剤、又はこれらの組み合わせから選択された１種又は２種以上の成分を含有する、実施形態２２から２４までのいずれか１項に記載の組成物。
［実施形態２６］
実施形態１から２１までのいずれか１項に記載のアノードを作るための方法であって、
ｉ） 実施形態２２から２５までのいずれか１項に記載の組成物を基板に適用し、
ｉｉ） 前記組成物材料を硬化する
工程を含む、方法。
［実施形態２７］
実施形態１から２１までのいずれか１項に記載のアノードを含む、固体酸化物燃料電池。
［実施形態２８］
前記固体酸化物燃料電池が、金属支持型固体酸化物燃料電池である、実施形態２７に記載の固体酸化物燃料電池。
［実施形態２９］
実施形態２７又は２８に記載の燃料電池を含む、固体酸化物燃料電池スタック。
［実施形態３０］
ニッケル含有多孔質粒子を含む、固体酸化物燃料電池のための電極触媒であって、前記多孔質粒子が希土類ドープセリアを含む、電極触媒。
［実施形態３１］
ＳＯＦＣアノード内での、実施形態１から２１までのいずれか１項に記載の水蒸気改質触媒を含有する多孔質粒子を含む電極触媒の使用。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）のためのアノードであって、前記アノードが、
ドープされた金属酸化物を含むマトリックスと、
電極触媒と
を含み、
前記電極触媒が、前記マトリックスによって支持された多孔質粒子を含み、前記多孔質粒子が、前記多孔質粒子の孔内部に捕捉された水蒸気改質触媒材料を含有する、
固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）のためのアノード。
【請求項２】
前記水蒸気改質触媒材料が、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ、又はこれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載のアノード。
【請求項３】
前記水蒸気改質触媒材料がニッケルである、請求項２に記載のアノード。
【請求項４】
前記ドープされた金属酸化物が導電性セラミック材料であって、任意選択的にペロブスカイトランタンストロンチウムクロマイト（ＬＳＣｒ）、ランタンストロンチウムクロムマンガナイト（ＬＳＣｒＭ）及びドープされたストロンチウムチタネートから選択される、請求項１から３までのいずれか１項に記載のアノード。
【請求項５】
前記ドープされた金属酸化物が希土類ドープセリアであって、任意選択的にガドリニウムドープセリア（ＣＧＯ）、サマリウムドープセリア、又はこれらの組み合わせから選択される、請求項１から４までのいずれか１項に記載のアノード。
【請求項６】
前記多孔質粒子の孔径が１μｍ未満であって、任意選択的に、前記多孔質粒子の孔径が１ｎｍ超であり、若しくは１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、又は前記多孔質粒子がメソポーラス粒子である、請求項１から５までのいずれか１項に記載のアノード。
【請求項７】
前記多孔質粒子が、前記マトリックスよりも高い有孔率のものである、請求項１から６までのいずれか１項に記載のアノード。
【請求項８】
前記多孔質粒子の孔の表面が複数の活性金属触媒ナノ粒子で被覆されている、請求項１から７までのいずれか１項に記載のアノード。
【請求項９】
前記多孔質粒子が前記マトリックス全体を通して分散されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載のアノード。
【請求項１０】
アノードマトリックス材料の総アノードの９０重量％以下が、水蒸気改質触媒材料を含有する多孔質粒子を含む電極触媒で置き換えられている、請求項１に記載のアノード。
【請求項１１】
水蒸気改質触媒材料を含有する前記多孔質粒子が、総アノードの重量に基づいて、５〜７０重量％の範囲内で存在し、任意選択的に１０〜６０重量％の範囲内で存在する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のアノード。
【請求項１２】
前記多孔質粒子が希土類ドープセリアを含む、請求項１から１１までにいずれか１項に記載のアノード。
【請求項１３】
前記多孔質粒子がプラセオジミウムドープセリア（ＰＤＣ）を含む、請求項１２に記載のアノード。
【請求項１４】
前記マトリックスが５重量％〜７０重量％の範囲内の水蒸気改質触媒材料をさらに含み、前記水蒸気改質触媒材料は任意選択的にニッケル及び酸化ニッケルから選択される、請求項１から１３までのいずれか１項に記載のアノード。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載のアノードを作るための組成物であって、前記組成物が、
ドープされた金属酸化物を含むマトリックス前駆体と、
電極触媒と
を含み、
前記電極触媒が、多孔質粒子の孔内部に捕捉された水蒸気改質触媒材料を含有する多孔質粒子を含む、
アノードを作るための組成物。
【請求項１６】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載のアノードを作るための方法であって、
ｉ）  請求項１５に記載の組成物を基板に適用し、
ｉｉ）  前記組成物材料を焼結する
工程を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載のアノードを含む、固体酸化物燃料電池。
【請求項１８】
前記アノードが、金属支持型固体酸化物燃料電池のためのものであり、金属支持基板上に設けられる、請求項１７に記載の固体酸化物燃料電池。