(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とを含む複合粒子からなり、前記酸化銅粒子が前記酸化物イオン伝導性粒子により包囲されている構造を有する電極材料。
【請求項２】
酸化物イオン伝導性粒子が、Ｚｒ含有粒子及びＣｅ含有粒子の少なくとも１種である、請求項１に記載の電極材料。
【請求項３】
酸化物イオン伝導性粒子が、下記組成式（１）
（ＺｒＯ２）１−Ｘ（ＹＯｎ）Ｘ （１）
〔式中、ｎは酸素原子数を示す。ｘは０＜ｘ≦０．４を示す。〕
で示されるイットリア安定化ジルコニア粒子、若しくは、下記組成式（２）
（ＺｒＯ２）１−Ｘ（ＳｃＯｎ）Ｘ （２）
〔式中、ｎは酸素原子数を示す。ｘは０＜ｘ≦０．４を示す。〕
で示されるスカンジア安定化ジルコニア粒子、又は、下記組成式（３）
（ＣｅＯ２）１−Ｘ（ＭＯｎ）Ｘ （３）
〔式中、Ｍは１価のアルカリ金属カチオン、２価のアルカリ土類金属カチオン及び３価の希土類元素カチオンからなる群から選択される少なくとも１種のカチオンを示す。ｎは酸素原子数を示す。ｘは０＜ｘ≦０．４を示す。〕
で示されるセリア系酸化物粒子である、請求項１又は２に記載の電極材料。
【請求項４】
銅化合物と酸化物状態において酸化物イオン伝導性を示す金属との両方を少なくとも溶解した溶液を原料溶液とし、当該原料溶液を噴霧熱分解法に供することにより製造される、請求項１〜３のいずれかに記載の電極材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の電極材料を用いて製造される固体酸化物形燃料電池の燃料極であって、銅粒子が酸化物イオン伝導性粒子により包囲されている構造を有する、多孔性燃料極。
【請求項６】
銅化合物と酸化物状態において酸化物イオン伝導性を示す金属との両方を少なくとも溶解した溶液を原料溶液とし、当該原料溶液を噴霧熱分解法に供することにより電極材料を製造し、得られた電極材料を含有するペーストからなる層を固体電解質表面に形成し、当該層を大気下８００〜１０００℃で焼成後、還元処理する、固体酸化物形燃料電池の燃料極の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の多孔性燃料極を備える固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化銅粒子を含有する電極材料及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物イオン伝導体からなる固体電解質を空気極と燃料極との間に挟んだ構造を有するＳＯＦＣは、第三世代の発電用燃料電池として開発が進んでいる。ＳＯＦＣは、空気極に酸素（空気）を、燃料極に水素、一酸化炭素等の燃料ガスを供給し、固体酸化物を介した酸化還元反応により起電力を得る。そのため、空気極及び燃料極は、良好な酸化物イオン伝導性及び電気伝導性が要求されるとともに良好なガス流通性を確保するために多孔性が要求される。これらの要求性能を高めることは、発電効率向上及び作動温度低下のために重要である。
【０００３】
従来、ＳＯＦＣの燃料極として、銅粒子を含有する燃料極（銅系燃料極）が公知である。銅系燃料極は、燃料ガスとして炭化水素燃料（メタノール、エタノール等）を用いた場合において、炭素析出を抑制する長所を有する。
【０００４】
他方、銅系燃料極は、酸化銅（ＣｕＯ）の融点が１０８３℃であり、金属銅（Ｃｕ）の融点が１０２３℃であり、他の燃料極材料と比べて融点が比較的低いため、銅系燃料極の材料を含有するペーストを固体電解質表面に塗布（例えば、スクリーン印刷）後、塗膜を焼成（焼付け）する簡便な方法により製造できない欠点を有する。
【０００５】
当該技術上の欠点より、従来、銅系燃料極の製造に際しては、一旦銅以外の成分により燃料極の骨格を作製し、その骨格に銅塩水溶液を含浸・担持するという複雑な製造方法が採用されている。
【０００６】
例えば、特許文献１及び非特許文献１には、一旦ＹＳＺ層からなる燃料極骨格を作製後、当該骨格に硝酸銅水溶液を含浸させる工程を有する燃料極製造方法が開示されている。
【０００７】
上記の製造方法は、ペーストの塗布・焼成の工程を有する他の燃料極製造方法に比して、工程が複雑であるだけでなく、銅の担持量を調整することも困難である。
【０００８】
従って、銅系燃料極をペーストの塗布・焼成という簡便な方法により製造可能とする電極材料（銅系燃料極材料）の開発が切望されている。
【特許文献１】特表２００２−５３８５９７号公報（特に、請求項１及び３）
【非特許文献１】ADVANCED MATERIALS. 2000, 12, No.19, October 2「Anodes for Direct Oxidation of Dry Hydrocarbons in a Solid-Oxide Fuel Cell」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、電極材料を含有するペーストの塗布・焼成により銅系燃料極を製造できる電極材料を提供することを主な目的とする。また、当該電極材料を用いる、簡便な銅系燃料極の製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とを含む複合粒子を用いることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、下記の酸化銅粒子を含有する電極材料及びそれを用いたＳＯＦＣの燃料極の製造方法に関する。
【００１２】
１．酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とを含む複合粒子からなる電極材料。
【００１３】
２．酸化物イオン伝導性粒子が、Ｚｒ含有粒子及びＣｅ含有粒子の少なくとも１種である、上記項１に記載の電極材料。
【００１４】
３．酸化物イオン伝導性粒子が、下記組成式（１）
（ＺｒＯ２）１−Ｘ（ＹＯｎ）Ｘ  （１）
〔式中、ｎは酸素原子数を示す。ｘは０＜ｘ≦０．４を示す。〕
で示されるイットリア安定化ジルコニア粒子、若しくは、下記組成式（２）
（ＺｒＯ２）１−Ｘ（ＳｃＯｎ）Ｘ  （２）
〔式中、ｎは酸素原子数を示す。ｘは０＜ｘ≦０．４を示す。〕
で示されるスカンジア安定化ジルコニア粒子、又は、下記組成式（３）
（ＣｅＯ２）１−Ｘ（ＭＯｎ）Ｘ  （３）
〔式中、Ｍは１価のアルカリ金属カチオン、２価のアルカリ土類金属カチオン及び３価の希土類元素カチオンからなる群から選択される少なくとも１種のカチオンを示す。ｎは酸素原子数を示す。ｘは０＜ｘ≦０．４を示す。〕
で示されるセリア系酸化物粒子である、上記項１又は２に記載の電極材料。
【００１５】
４．銅化合物と酸化物状態において酸化物イオン伝導性を示す金属との両方を少なくとも溶解した溶液を原料溶液とし、当該原料溶液を噴霧熱分解法に供することにより製造される、上記項１〜３のいずれかに記載の電極材料。
【００１６】
５．上記項１〜４のいずれかに記載の電極材料を用いて製造される固体酸化物形燃料電池の燃料極であって、銅粒子が酸化物イオン伝導性粒子により包囲されている構造を有する、多孔性燃料極。
【００１７】
６．上記項１〜４のいずれかに記載の電極材料を含有するペーストからなる層を固体電解質表面に形成し、当該層を大気下８００〜１０００℃で焼成後、還元処理する、固体酸化物形燃料電池の燃料極の製造方法。
【００１８】
７．上記項５に記載の多孔性燃料極を備える固体酸化物形燃料電池。
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１９】
１．本発明の電極材料
本発明の電極材料は、酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とを含む複合粒子からなる。
【００２０】
当該複合粒子は、酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とが凝集・結合したものであり、混合物とは区別される。また、酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とは粒子として区別可能なものであり、複合粒子中で１種類の化合物となっているものではない。
【００２１】
複合粒子中の酸化銅粒子は、銅の価数は特に限定されず、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯ等がある。また、酸化銅粒子は不可避的に非酸化状態の金属銅が含まれていても許容される。
【００２２】
複合粒子中の酸化物イオン伝導性粒子は、酸化物イオン伝導性を有する粒子である限り限定されないが、Ｚｒ含有粒子及びＣｅ含有粒子の少なくとも１種が好ましい。詳細には、酸化物イオン伝導性粒子は、下記組成式（１）
（ＺｒＯ２）１−Ｘ（ＹＯｎ）Ｘ  （１）
〔式中、ｎは酸素原子数を示す。ｘは０＜ｘ≦０．４を示す。〕
で示されるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）粒子、若しくは、下記組成式（２）
（ＺｒＯ２）１−Ｘ（ＳｃＯｎ）Ｘ  （２）
〔式中、ｎは酸素原子数を示す。ｘは０＜ｘ≦０．４を示す。〕
で示されるスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）粒子、又は、下記組成式（３）
（ＣｅＯ２）１−Ｘ（ＭＯｎ）Ｘ  （３）
〔式中、Ｍは１価のアルカリ金属カチオン、２価のアルカリ土類金属カチオン及び３価の希土類元素カチオンからなる群から選択される少なくとも１種のカチオンを示す。ｎは酸素原子数を示す。ｘは０＜ｘ≦０．４を示す。〕
で示されるセリア系酸化物粒子が好適である。これらの酸化物イオン伝導性粒子は、１種又は２種以上を混合して使用できる。
【００２３】
上記ＹＳＺ粒子、ＳｃＳＺ粒子及びセリア系酸化物粒子のいずれにおいても、Ｙ、Ｓｃ又はＭの固溶割合を示すｘは、０＜ｘ≦０．４が好ましく、０．１≦ｘ≦０．３がより好ましく、０．２程度が最も好ましい。
【００２４】
上記ＹＳＺ粒子、ＳｃＳＺ粒子及びセリア系酸化物粒子の中でも、特にセリア系酸化物粒子は、酸化物イオン伝導性だけでなく、電子伝導性も良好であるため好適である。
【００２５】
複合粒子の平均粒子径は限定的ではないが、０．０１〜１０μｍ程度が好ましく、０．０１〜１μｍ程度がより好ましい。
【００２６】
複合粒子における酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子との体積比（酸化銅は金属銅換算値）は、１０：９０〜７０：３０程度が好ましく、３０：７０〜６０：４０程度がより好ましく、６０：４０程度が最も好ましい。体積比が１０：９０〜７０：３０を逸脱する場合には、酸化銅粒子どうし又は酸化物イオン伝導性粒子どうしが分断され易くなる。
【００２７】
上記本発明の電極材料は、融点の低い酸化銅を含有するにも関わらず、酸化物イオン伝導性粒子とともに複合粒子となっていることにより、詳細な理由は明らかではないが、銅系燃料極の材料（ペーストを固体電解質表面に塗布・焼成する材料）として有用である。従って、本発明の電極材料を使用すれば、当該電極材料を含有するペースト塗膜を焼成・還元処理することにより、簡便にＳＯＦＣ燃料極を製造できる。
【００２８】
上記本発明の電極材料（複合粒子）は、例えば、スプレードライ法、酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子とを精密に混合する方法、噴霧熱分解法等により製造できるが、特に噴霧熱分解法が好ましい。
【００２９】
以下、噴霧熱分解法を用いて複合粒子を製造する方法について説明する。
【００３０】
噴霧熱分解法では、噴霧対象となる原料溶液として、銅化合物と酸化物状態において酸化物イオン伝導性を示す金属との両方を少なくとも溶解した溶液を使用し、これを噴霧熱分解に供する。
【００３１】
銅化合物としては、例えば、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩等が使用できる。この中でも、酢酸塩又は硝酸塩が好ましい。
【００３２】
酸化物状態において酸化物イオン伝導性を示す金属としては、前記したＺｒ、Ｃｅ等が挙げられる。例えば、原料としては、これらの金属（Ｚｒ、Ｃｅ等）の炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩等が使用できる。この中でも、硝酸塩が好ましい。
【００３３】
原料溶液には、その他Ｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｍ２Ｏ３等（但し、Ｍは１価のアルカリ金属カチオン、２価のアルカリ土類金属カチオン及び３価の希土類元素カチオンからなる群から選択される少なくとも１種のカチオンを示す）を更に溶解してもよい。これは、目的の酸化物イオン伝導性粒子としてＹＳＺ、ＳｃＳＺ、セリア系酸化物等を製造する場合に適用する。
【００３４】
原料溶液に含まれる溶媒としては限定的ではないが、例えば、硝酸、水等が挙げられる。例えば、硝酸を上記金属塩の主溶媒として使用し、混合溶液の全量を調整するために水を併用する使用態様が挙げられる。
【００３５】
混合溶液中の各金属濃度は限定的ではなく、最終的に得ようとする酸化物イオン伝導性粒子の所望の組成、電極材料における酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子の所望体積比に応じて適宜設定できる。とりわけ酸化物イオン伝導性粒子の組成の観点からは、前記組成式（１）、（２）又は（３）となるように濃度を調整することが好ましく、体積比の観点からは、酸化銅粒子と酸化物イオン伝導性粒子との体積比（酸化銅は金属銅換算値）が１０：９０〜７０：３０程度（特に６０：４０程度）となるように調整することが好ましい。
【００３６】
噴霧熱分解法では、先ず上記混合溶液（原料溶液）を霧化し、混合溶液のエアロゾルを発生させる。混合溶液を霧化する方法としては、超音波照射が好適である。超音波照射を行うには、例えば、公知の超音波霧化装置が使用できる。超音波霧化装置は、装置電圧と超音波振動子の周波数とを調整することにより、エアロゾルの平均粒径を調整することができる。なお、超音波霧化装置と発生するエアロゾルを熱分解する中空管とが一体化した噴霧熱分解装置（例えば、図１参照）を好適に使用できる。なお、図１は、混合溶液が水及び硝酸を含み、キャリアガスとして空気を用いる場合の例示である。
【００３７】
前記エアロゾルの平均粒径は限定的ではないが、通常１〜５μｍ程度が好ましく、２〜３μｍ程度がより好ましい。
【００３８】
発生したエアロゾルは、キャリアガスとともに、加熱された中空管内を通過させることにより熱分解する。この熱分解により、原料溶液のエアロゾルは、所望の組成及び構造を有する本発明の電極材料（複合粒子）となる。
【００３９】
キャリアガスとしては、エアロゾルに影響を及ぼさないガスであれば限定的ではないが、例えば、空気、窒素、アルゴン等が挙げられる。
【００４０】
中空管としては、耐熱性のものであれば特に限定されないが、例えば、アルミナ製中空反応管が使用できる。中空管の径（内径）及び長さは特に限定されず、電極材料の製造規模に応じて設定できる。好適な実施態様では、内径２４ｍｍφ程度、長さ１３００ｍｍ程度の中空反応管を用いる。このような中空反応管を用いる場合には、前記キャリアガスは、好ましくは０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ程度の流速で流せばよい。
【００４１】
中空管の加熱条件としては、中空管を通過する前記エアロゾルが熱分解により所望の電極材料となる限り特に限定されない。例えば、中空管の周囲に電気炉を配置して中空管を１００〜１０００℃に加熱すればよい。なお、好適な実施態様では、中空管を長さ方向に複数のゾーンに分割し、エアロゾルの入口に近い方から、第１ゾーン、第２ゾーン、第３ゾーン、第４ゾーン…と順に加熱温度が高くなるように設定することが好ましい。具体的には、中空管を長さ方向に４段階に均等に分けて、エアロゾルの入口に近い方から、第１ゾーン（１００〜２００℃程度、好ましくは２００℃程度）、第２ゾーン（３００〜６００℃程度、好ましくは４００℃程度）、第３ゾーン（６００〜９００℃程度、好ましくは６００℃程度）、第４ゾーン（９００〜１０００℃程度、好ましくは１０００℃程度）と加熱温度を設定することが好ましい。
【００４２】
実際にエアロゾルを熱分解に供する際には、予め中空管を所定温度まで上昇させておき、原料溶液の霧化状態（エアロゾル発生量）が安定した段階でキャリアガスをゆっくりと流し始め、霧化状態を観察しながらガス流量を所定流量まで徐々に高めることが好ましい。
【００４３】
熱分解により生成する電極材料（複合粒子）は、例えば、中空管の末端にメンブレンフィルター等を設置することにより容易に捕集できる。
【００４４】
以上の過程を経て、本発明の電極材料は製造できる。
【００４５】
２．ＳＯＦＣの燃料極の製造方法
本発明の電極材料は、融点の低い酸化銅を含有するにも関わらず、酸化物イオン伝導性粒子とともに複合粒子となっていることにより、詳細な理由は明らかではないが、銅系燃料極の材料（ペーストを固体電解質表面に塗布・焼成する材料）として有用である。
【００４６】
即ち、本発明の電極材料を用いる場合には、当該電極材料を含有するペーストを固体電解質表面に塗布後、当該塗膜を焼成・還元処理することにより、簡便にＳＯＦＣ燃料極を製造できる。
【００４７】
このようなＳＯＦＣの燃料極の製造方法としては、本願発明の電極材料を含有するペーストからなる層を固体電解質表面に形成し、当該層を大気下８００℃〜金属銅の融点迄の温度（特に８００〜１０００℃）で焼成後、還元処理する製造方法が好適である。
【００４８】
以下、本製造方法について説明する。
【００４９】
前記ペーストは、例えば、本発明の電極材料と結合剤（例えば、ポリエチレングリコール）、溶剤（例えば、エタノール）等を十分に混合することにより調製できる。
【００５０】
固体酸化物の表面に前記ペーストからなる層を形成する方法は特に限定されず、例えば、スクリーン印刷による方法、ハケ塗りする方法、噴霧する方法等のいずれでもよい、特にスクリーン印刷による場合には、均一な厚みの層を精密に形成できる観点から好ましい。本発明の製造方法では、いずれの方法により形成された層も塗膜と称する。
【００５１】
形成した層（塗膜）は、溶剤を揮発させた後、焼成する。これにより、固体電解質表面に塗膜が焼付けされる。
【００５２】
塗膜の焼成条件は限定されないが、大気下８００℃〜銅の融点迄の温度が好ましく、特に８００〜１０００℃程度が好ましい。８００℃未満では、焼成（焼付け）が不十分となる場合がある。焼成時間は、焼成温度に応じて適宜設定できる。
【００５３】
次いで、焼付けされた塗膜に対して還元処理を行う。還元処理は、焼付け塗膜の酸化銅粒子を金属銅粒子に還元することを目的として行う。還元処理の方法は、前記目的を達成できる限り特に限定されず、例えば、水素雰囲気等の還元雰囲気下、５００〜８００℃程度で熱処理することにより行える。還元処理の時間は、温度条件に応じて適宜設定できる。これにより、本発明燃料極は製造できる。
【００５４】
燃料極の厚さは限定的ではないが、５μｍ以上が好ましく、５〜１００μｍ程度がより好ましい。
【００５５】
本発明燃料極は、銅粒子が酸化物イオン伝導性粒子により包囲されている構造を有し、多孔質である。このような特異な構造を有する本発明燃料極のミクロ構造の模式図（発電試験後のミクロ構造模式図）を図２及び図３に示す。
【００５６】
図２及び図３中、１は銅粒子を示し、２は酸化物イオン伝導性粒子を示す。これらから明らかなように、本発明燃料極は、銅粒子が酸化物イオン伝導性粒子により包囲された特異な多孔質構造を有する。図２は、特に銅粒子どうしが凝集していない態様の例示であり、図３は、特に銅粒子どうしが凝集した上で酸化物イオン伝導性粒子により包囲された態様の例示である。本発明燃料極は、図２及び図３に示される両方の態様を含み得る。
【００５７】
このように、本発明の燃料極は、銅粒子が酸化物イオン伝導性粒子に包囲され、しかも多孔質構造を有することにより、電極反応に有効な表面積を多く確保できる。従って、本発明の燃料極は、ＳＯＦＣの発電効率の向上に有効に寄与する。
【００５８】
３．本発明のＳＯＦＣ
本発明のＳＯＦＣは、燃料極を上記方法により作製する以外は、公知の構成材料を使用できる。ＳＯＦＣの概略を図４に示す。
【００５９】
図４に示すように、ＳＯＦＣは、酸化物イオン導電性を有する固体電解質１１、固体電解質１１を挟んだ面のそれぞれに接触するように設置されている燃料極１２、空気極１３を主要構成要素とする。燃料極１２に燃料（例えば、水素、天然ガス、メタノール、石炭ガス等）を供給し、空気極１３に空気（即ち、酸素）を供給する。
【００６０】
この結果、空気極１３に供給された酸素が空気極１３から電子を受け取って酸化物イオンとなり、この酸化物イオンが固体電解質１１を拡散して燃料極１２に達し、燃料極１２に供給された燃料と反応する。このとき、酸化物イオンから電子が離れて外部回路の負荷１４を通り、空気極１３に達し、電力が得られる。本発明のＳＯＦＣは、特に８００℃未満の低温域においても良好な発電特性を発揮する。
【００６１】
固体電解質１１の材料としては、例えば、ＹＳＺ、ランタンガレート系酸化物等が挙げられる。また、空気極１３の材料としては、例えば、コバルタイト系酸化物であるＳｒ０．５Ｃｏ０．０５Ｏｎ（但し、ｎは酸素原子数を示す）、その他、Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ３／８ＹＳＺ等が挙げられる。
【００６２】
なお、ＳＯＦＣは、例えば、円筒状の支持管の円筒面上に空気極、固体酸化物及び燃料極を順次形成し、積層させた構造を有する円筒型ＳＯＦＣ、及び、上述のように平板状の固体酸化物の片面に燃料極を形成し、他方に空気極を形成した構造を有し、セパレータを介して順次積層したスタックを構成して使用する平板型ＳＯＦＣ等がある。本発明の燃焼極は、いずれのＳＯＦＣの燃料極としても使用できる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明の電極材料は、融点の低い酸化銅を含有するにも関わらず、酸化物イオン伝導性粒子とともに複合粒子となっていることにより、詳細な理由は明らかではないが、銅系燃料極の材料（ペーストを固体電解質表面に塗布・焼成する材料）として有用である。
【００６４】
即ち、本発明の電極材料を用いる場合には、当該電極材料を含有するペーストを固体電解質表面に塗布後、当該塗膜を焼成・還元処理することにより、簡便にＳＯＦＣ燃料極を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】噴霧熱分解装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の多孔性燃料極のミクロ構造を示す模式図である。
【図３】本発明の多孔性燃料極のミクロ構造を示す模式図である。
【図４】ＳＯＦＣの構成を示す概略図である。
【図５】実施例１で作製した燃料極のミクロ構造（表面：５０００倍）を示す走査型電子顕微鏡観察像である。
【図６】実施例１で作製した燃料極のミクロ構造（断面：２０００倍）を示す走査型電子顕微鏡観察像である。
【図７】実施例１で作製したＳＯＦＣの電流密度（Ａ／ｃｍ２）に対する、セル電圧（Ｖ）及び出力密度（Ｗ／ｃｍ２）の測定結果を示す図である。
【図８】図７に示される測定結果のグラフ図である。
【符号の説明】
【００６６】
１．銅粒子
２．酸化物イオン伝導性粒子
１１．固体電解質
１２．燃料極
１３．空気極
１４．外部回路の負荷
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。
【００６８】
実施例１
≪電極材料の作製≫
酸化物イオン伝導性粒子（ＳＤＣ）の組成が、（ＣｅＯ２）０．８（ＳｍＯ１．５）０．２となるように、Ｃｅ（ＮＯ３）３及びＳｍ（ＮＯ３）３を秤量して硝酸水溶液に溶解後、Ｃｕ（ＮＯ３）２と純水を加え、原料溶液を調製した。原料溶液は、酸化銅（金属銅換算）とＳＤＣとの体積比が６０：４０になるように調整した。
【００６９】
次に、図１に示す噴霧熱分解装置を用いて、原料溶液から電極材料の粉体を作製した。具体的には、超音波振動子により、霧化室内の原料溶液を霧化した。発生させたミストは、キャリアガス（空気、流量１Ｌ／ｍｉｎで）により、電気炉で加熱された石英管に導入され、乾燥・熱分解処理を順次施した。合成されたＣｕＯ／ＳＤＣの複合粒子は、キャリアガスにより更にメンブレンフィルターに導入して捕集した。
【００７０】
乾燥・熱分解処理は、電気炉を４つのゾーン（Ｚ１〜Ｚ４）に分割し、キャリアガスの流入口に近い方から第１のゾーン（Ｚ１）を２００℃、第２のゾーン（Ｚ２）を４００℃、第３のゾーン（Ｚ３）を８００℃、第４のゾーン（Ｚ４）を１０００℃に設定し、４種の温度勾配を設けた状態で行った。
【００７１】
電極材料（複合粒子）の平均粒子径は０．５μｍであった。
【００７２】
≪ＳＯＦＣの作製≫
次に、合成したＣｕＯ／ＳＤＣ複合粒子を含有するペーストを、ランタンガレート系電解質（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２Ｇａ０．８Ｍｇ０．１５Ｃｏ０．０５Ｏｎ：ＬＳＧＭＣ、但し、ｎは酸素原子数を示す）のディスク（厚み０．２ｍｍ）上にスクリーン印刷を行い、１０００℃で３時間焼成し、電極面積２ｃｍ２の燃料極を作製した。作製した燃料極の発電試験後のミクロ構造を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図５（表面５０００倍）及び図６（断面２０００倍）に示す。
【００７３】
次に、Ｓｒ０．５Ｃｏ０．０５Ｏｎ（但し、ｎは酸素原子数を示す）からなる複合粒子を含有するペーストを空気極材料として、塗布・焼成によりＬＳＧＭＣの反対面に焼き付けることにより（１１００℃、３時間）、ＳＯＦＣを作製した。空気極の電極面積は２ｃｍ２とした。
【００７４】
≪電極性能の評価≫
作動温度７５０℃における電極性能を評価した。燃料ガスとして純水素ガスを使用し、酸化剤ガスとして乾燥空気を使用した。燃料ガス流量は７．７ＮｍＬ／ｍｉｎとした。酸化剤ガスの流量は３３ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【００７５】
図７にＳＯＦＣの電流密度（Ａ／ｃｍ２）に対する、セル電圧（Ｖ）と出力密度（Ｗ／ｃｍ２）との測定結果を示す。また、これらの相関関係をグラフ化したものを図８に示す。図８の結果からは、ＳＯＦＣが７５０℃という低い作動温度において良好な電極性能を発揮することが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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