(57)【要約】【課題】電解質と電極のイオン伝導パスがつながっており電極が有効に作動する固体電解質形燃料電池を提供すること。【解決手段】アノード電極とカソード電極との間に、塩基性金属化合物からなる電解質層を備える固体電解質形燃料電池において、塩基性金属化合物にイオン伝導性を示すイオン種と同じイオン種によるイオン伝導性を有する樹脂が、アノード電極とカソード電極の少なくとも一方の電極と電解質層の間に介在し、少なくとも一方の電極と電解質層を接合している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極とカソード電極との間に、塩基性金属化合物からなる電解質層を備える固体電解質形燃料電池において、
前記塩基性金属化合物にイオン導電性を示すイオン種と同じイオン種によるイオン伝導性を有する樹脂が、前記アノード電極と前記カソード電極の少なくとも一方の電極と前記電解質層の間に介在し、前記少なくとも一方の電極と前記電解質層を接合していることを特徴とする固体電解質形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質形燃料電池に関し、特に、固体電解質形燃料電池のセル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の有する化学エネルギーを機械エネルギーや熱エネルギーを経由することなく直接電気エネルギーに変換する装置であり、高いエネルギー効率が実現可能である。良く知られた燃料電池の形態としては、電解質層を挟んで一対の電極を配置し、一方の電極（アノード側）に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに他方の電極（カソード側）に酸素を含有する酸化ガスを供給するものであり、両極間で起きる電気化学反応を利用して起電力を得る。燃料電池は用いられる電解質の種類によって通常分類される。すなわち、リン酸を用いたリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、イオン導電性ポリマーを用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、イオン導電性セラミックスを用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）などに分類される。この内、ＳＯＦＣは金属化合物の一種であるジルコニアを電解質としており、８００℃以上のような高温で作動するので、電極に高価な白金触媒を必要としないという利点を有する。
【０００３】
電解質として塩基性金属化合物を用いた電池構造の概略を図２に示す。図２に示される燃料電池で起きる電気化学反応を表す式を以下に示す。（１）はアノード側３１に於ける反応、（２）はカソード側３２に於ける反応を表し、燃料電池全体では（３）式に表す反応が進行する。
【０００４】
Ｈ2 ＋ ２ＯＨ- → ２Ｈ2Ｏ ＋ ２ｅ-                （１）
１／２Ｏ2 ＋ Ｈ2Ｏ ＋ ２ｅ- → ２ＯＨ-            （２）
Ｈ2 ＋ １／２Ｏ2 → Ｈ2Ｏ                         （３）
図２が示すように、カソード触媒層４２で発生した水酸基イオンＯＨ-が電解質１を通ってアノード触媒層４１に到達し、アノード触媒層４１で発生した電子ｅ-が外部回路を通ってカソード触媒層４２に到達する。塩基性金属化合物を用いた電解質材料はイオン伝導性が高く電子伝導性が低いため、燃料電池の電解質に適している。また、カソード側の酸素の還元反応が進行しやすいため、低温型燃料電池のカソード触媒として通常使用されている高価な白金が不要となる可能性がある。３００℃以下で高いイオン伝導率を示す（すなわち作動温度が３００℃以下である）アニオン伝導塩基性酸化物形燃料電池の研究が進められている（非特許文献１、２）。
【０００５】
燃料電池の電極が有効に作動するには、電極と電解質層がうまく接合してイオン伝導パスがつながっている必要がある。電解質として金属化合物を用いる燃料電池では、固体同士（電解質と電極）を接合する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】竹口他3R30「アニオン伝導層状酸化物を電解質とする燃料電池の発電特性」電気化学会第７６回大会  学術講演要旨集、457頁
【非特許文献２】北海道大学「アニオン伝導塩基性酸化物燃料電池の研究開発」NEDO燃料電池・水素技術開発  平成２０年度成果報告シンポジウム要旨集[2009年11月20日検索]、インターネット<http://www.nedo.go.jp/informations/other/210626/youshi0701.html>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）や非特許文献１、２に記載された、電解質として塩基性金属化合物を用いた燃料電池は、高温で焼結すると、電解質と電極の結合は強固になっても、電解質材料と電極材料が反応して異なる物質になることがあり、電解質と電極間のイオン伝導パスがつながらないという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、電解質と電極のイオン伝導パスがつながっており電極が有効に作動する固体電解質形燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の固体電解質形燃料電池は、アノード電極とカソード電極との間に、塩基性金属化合物からなる電解質層を備える固体電解質形燃料電池において、塩基性金属化合物にイオン伝導性を示すイオン種と同じイオン種によるイオン伝導性を有する樹脂を、アノード電極とカソード電極の少なくとも一方の電極と電解質層の間に介在させ、少なくとも一方の電極と電解質層を接合することとする。
【００１０】
上記構成において、上記樹脂が電極中に入り込むことによって、電極中に電解質を導入することができ、電極と電解質層間のイオン伝導パスがつながっている、電極と電解質の接合が実現される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、塩基性金属化合物にイオン伝導性を示すイオン種と同じイオン種によるイオン伝導性を有する樹脂を、アノード電極とカソード電極の少なくとも一方の電極と電解質層の間に介在させることで、当該電極と電解質層を接合しているので、当該電極と電解質の間にイオン伝導パスが形成され、当該電極が有効に作動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る固体電解質形燃料電池セルの模式図である。
【図２】電解質として塩基性金属化合物を用いた燃料電池構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る固体電解質形燃料電池セルの模式図である。燃料電池セルとは、電解質層を一対の電極で挟んだ構成のことを言う。本発明の実施形態に係る固体電解質形燃料電池は、電解質層１として塩基性金属化合物を用い、塩基性金属化合物にイオン伝導性を示すイオン種と同じイオン種によるイオン伝導性を有する樹脂２を電極３と電解質層１の間に介在させることで電極３と電解質層１を接合することを特徴とする。
【００１４】
塩基性金属化合物としては、３００℃以下で高いイオン伝導性を有するNaCo2O4, Bi4Sr14Fe24O56, LaFe3Sr3O10等を用いることができる。
塩基性金属化合物電解質にイオン伝導性を示すイオン種ＯＨ-と同じイオン種であるＯＨ-によるイオン導電性を有する樹脂としては、トクヤマ製アニオン交換樹脂等を用いることができる。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
Na2CO3、CoCO3粉末をボールミルで混合した後、1000℃で2h焼成することによりNaCo2O4粉末を得る。得られた粉末を紛糾した後、金型を用いて直径20mm、厚さ1mmのディスク状に10MPaの圧力でNaCo2O4粉末を成型し、更に温度1100℃で3h焼成することにより、緻密な焼結体を製作できる。得られた焼結体を電解質とし、焼結体の両面にトクヤマ製アニオン交換樹脂を塗布した後、Pdメッキを施した200メッシュのNi金網を電極として押し当てて燃料電池セルとする。
【符号の説明】
【００１６】
１    電解質層
２    樹脂
３    電極
４１  アノード触媒層
４２  カソード触媒層
【図１】
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【図２】
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