(57)【要約】【課題】  電極活性を低下させることなく、良好なプロトン伝導性および良好な化学的安定性を併せ持つプロトン伝導性電解質およびそれを備えた電気化学セルを提供する。【解決手段】  プロトン伝導性電解質（２０）は、ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３型ペロブスカイトからなるプロトン伝導性電解質であって、ＢはＣｅであり、Ｍは＋４価よりも小さい価数を有する金属であり、Ｍのイオン半径の平均はＴｍ３＋のイオン半径以下でありかつ５６．４ｐｍよりも大きいことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３型ペロブスカイトからなるプロトン伝導性電解質であって、
前記Ｂは、Ｃｅであり、
前記Ｍは、＋４価よりも小さい価数を有する金属であり、
前記Ｍのイオン半径の平均は、Ｔｍ３＋のイオン半径以下でありかつ５６．４ｐｍよりも大きいことを特徴とするプロトン伝導性電解質。
【請求項２】
前記Ｍのイオン半径の平均は、Ｃｅ４＋のイオン半径以下でありかつ５６．４ｐｍよりも大きいことを特徴とする請求項１記載のプロトン伝導性電解質。
【請求項３】
前記Ｍのイオン半径の平均は、Ｌｕ３＋のイオン半径以下でありかつ５６．４ｐｍよりも大きいことを特徴とする請求項１記載のプロトン伝導性電解質。
【請求項４】
前記Ｍは、Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプロトン伝導性電解質。
【請求項５】
前記Ｍは、Ｌｕであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプロトン伝導性電解質。
【請求項６】
前記ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３は、ＢａＣｅ（１−ｘ）ＭｘＯ３であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプロトン伝導性電解質。
【請求項７】
アノードと、
前記アノード上に形成された請求項１〜６のいずれかに記載のプロトン伝導性電解質と、
前記プロトン伝導性電解質上に形成されたカソードとを備えることを特徴とする電気化学セル。
【請求項８】
前記アノードは、水素透過性を有する水素分離膜であることを特徴とする請求項７記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記電気化学セルの作動温度は、３００℃以上８００℃以下であることを特徴とする請求項７または８記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロトン伝導性電解質およびそれを用いた電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン伝導体は、電池、センサ、燃料電池等の電気化学セルに利用されている。このイオン伝導体として固体酸化物型の電解質があげられる。この固体酸化物型の電解質は、良好なイオン伝導性を有することから、広く用いられている。この固体酸化物型電解質として、例えば、ＢａＣｅＯ３系のペロブスカイト型電解質があげられる。このＢａＣｅＯ３系ペロブスカイトの化学的安定性を向上させる目的で、Ｃｅサイトの一部をＺｒ，Ｔｉ等で置換する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０２５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＣｅサイトにＺｒ，Ｔｉ等が混入していると、電極と電解質との界面において電極活性が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、電極活性を低下させることなく、良好なプロトン伝導性および良好な化学的安定性を併せ持つプロトン伝導性電解質およびそれを備えた電気化学セルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るプロトン伝導性電解質は、ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３型ペロブスカイトからなるプロトン伝導性電解質であって、ＢはＣｅであり、Ｍは＋４価よりも小さい価数を有する金属であり、Ｍのイオン半径の平均はＴｍ３＋のイオン半径以下でありかつ５６．４ｐｍよりも大きいことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係るプロトン伝導性電解質においては、ドープ金属Ｍの価数がＢサイト金属であるＣｅの価数よりも小さいことから、ドープ金属Ｍの近傍にホールが形成される。したがって、プロトン伝導性が向上する。また、ドープ金属Ｍのイオン半径の平均が５６．４ｐｍよりも大きいことから、ペロブスカイト構造を維持することができる。それにより、本発明に係るプロトン伝導性電解質は良好なプロトン伝導性を有するようになる。さらに、ドープ金属Ｍのイオン半径の平均がＴｍ３＋のイオン半径以下であることから、水熱安定性が向上する。すなわち、化学的安定性が向上する。その結果、電解質膜に接する電極の電極活性の低下を抑制することができる。
【０００８】
Ｍのイオン半径の平均は、Ｃｅ４＋のイオン半径以下でありかつ５６．４ｐｍより大きくてもよい。この場合、水熱安定性をより向上させることができる。また、Ｍのイオン半径の平均は、Ｌｕ３＋のイオン半径以下でありかつ５６．４ｐｍより大きくてもよい。この場合、水熱安定性をさらに向上させることができる。
【０００９】
Ｍは、Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕのいずれかであってもよい。また、Ｍは、Ｌｕであってもよい。この場合、水熱安定性を向上させつつ良好なプロトン伝導性を維持することができる。さらに、ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３は、ＢａＣｅ（１−ｘ）ＭｘＯ３であってもよい。この場合、水熱安定性を向上させることができる。
【００１０】
本発明に係る電気化学セルは、アノードと、アノード上に形成された請求項１〜６のいずれかに記載のプロトン伝導性電解質と、プロトン伝導性電解質上に形成されたカソードとを備えることを特徴とするものである。本発明に係る電気化学セルにおいては、ドープ金属Ｍの価数がＢサイト金属であるＣｅの価数よりも小さいことから、ドープ金属Ｍの近傍にホールが形成される。したがって、電解質膜のプロトン伝導性が向上する。また、ドープ金属Ｍのイオン半径の平均が５６．４ｐｍよりも大きいことから、電解質はペロブスカイト構造を維持することができる。それにより、電解質は良好なプロトン伝導性を有するようになる。さらに、ドープ金属Ｍのイオン半径の平均がＴｍ３＋のイオン半径以下であることから、電解質の水熱安定性が向上する。すなわち、電解質の化学的安定性が向上する。その結果、アノードおよびカソードの電極活性の低下を抑制することができる。
【００１１】
アノードは、水素透過性を有する水素分離膜であってもよい。電解質膜は混合イオン伝導体ではなくプロトン伝導性電解質であることから、アノード側において水が発生しない。したがって、水素分離膜と電解質膜との剥離を防止することができる。以上のことから、本発明は、水素分離膜を備える燃料電池に対して特に効果を発揮する。
【００１２】
電気化学セルの作動温度は、３００℃以上８００℃以下であってもよい。水熱分解反応は発熱反応であることから、この中温域においてはそれ以上の高温域に比較して進行しやすい反応である。したがって、上記のように水熱安定性に優れた電解質は、本発明に係る電気化学セルにおいて特に効果を発揮する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、良好な電極活性を維持しつつ、電解質膜の良好な化学的安定性および良好なプロトン伝導性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態においては、電気化学セルの一例であるプロトン伝導性電解質を備える燃料電池について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池１００の模式的断面図である。図１に示すように、燃料電池１００は、アノード１０、電解質膜２０およびカソード３０が順に積層された構造を有する。本実施の形態においては、燃料電池１００の作動温度は、３００℃以上８００℃以下である。
【００１６】
電解質膜２０は、ＡＢＯ３構造を有するペロブスカイト型のプロトン伝導性電解質である。本実施の形態においては、上記ペロブスカイトのＡサイトはＢａ（バリウム）であり、Ｂサイトは主としてＣｅ（セリウム）であり、Ｂサイトの一部はＣｅ以外の金属によって置換された構造を有する。したがって、構造式で上記ペロブスカイトを表すと、ＢａＣｅ（１−ｘ）ＭｘＯ３となる。ここで、ｘは、０＜ｘ＜１を満たす値である。本実施の形態においては、ｘは、０．１である。ｘは、好ましくは０．３以下、さらに好ましくは０．２以下である。また、ｘは、好ましくは０．０４以上、さらに好ましくは０．１以上である。
【００１７】
上記のＭは、＋４価よりも小さい価数を有するドープ金属である。ドープ金属Ｍは、単一の金属であってもよく複数種類の金属を含んでいてもよい。ドープ金属Ｍの価数がＢサイト金属であるＣｅの価数よりも小さいことから、ドープ金属Ｍの近傍にホールが形成される。それにより、電解質膜２０のプロトン伝導性が向上する。
【００１８】
ここで、ドープ金属Ｍのイオン半径の平均Ｒが大きいほど、上記ペロブスカイトの歪みが大きくなる。それにより、電解質膜２０のプロトン伝導性が向上する。しかしながら、平均Ｒが大きくなると、電解質膜２０の水熱安定性が低下する。したがって、平均Ｒは所定の値より小さい必要がある。本実施の形態においては、平均Ｒは、Ｔｍ３＋（ツリウム）のイオン半径である８８．０ｐｍ以下であることが必要である。この場合、電解質膜２０のプロトン伝導性を向上させつつ水熱安定性を向上させることができる。
【００１９】
なお、平均Ｒは、Ｃｅ４＋のイオン半径である８７．０ｐｍ以下であることがより好ましく、Ｌｕ３＋（ルテチウム）のイオン半径である８６．１ｐｍ以下であることがさらに好ましい。電解質膜２０の水熱安定性が向上するからである。なお、上記Ｔｍ３＋，Ｃｅ４＋，Ｌｕ３＋のイオン半径は、Ｒ．Ｄ．Ｓｈａｎｎｏｎ，  Ａｃｔａ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒ．，  Ａ３２（１９７６）７５１．から引用した値である。
【００２０】
一方、平均Ｒが小さいほど、電解質膜２０の水熱安定性が向上する。しかしながら、平均Ｒが小さくなると電解質膜２０のプロトン伝導性が低下する。したがって、平均Ｒは所定の値より大きい必要がある。本実施の形態においては、平均Ｒは、電解質膜２０を構成する金属酸化物がペロブスカイト構造を維持することができる値より大きい必要がある。
【００２１】
ＡＢＯ３型ペロブスカイトにおいて、Ａサイトのイオン半径をＲＡ、Ｂサイトのイオン半径をＲＢ、酸素イオンＯ２−の半径をＲＯとすると、トレランスファクターｔが下記式（１）および（２）を満たす必要がある。本実施の形態においてはＡサイトイオンはＢａ２＋であるから、ＲＡは１３６ｐｍである。また酸素イオンＯ２−の半径は１３６ｐｍである。
ｔ  ＝  （ＲＡ  ＋  ＲＯ）  ／  √２（ＲＢ  ＋  ＲＯ）  （１）
０．７５  ＜  ｔ  ＜  １  （２）
【００２２】
式（１）および式（２）から、下記式（３）が導かれる。したがって、平均Ｒは、５６．４ｐｍより大きい必要がある。この場合、電解質膜２０の水熱安定性を向上させつつ良好なプロトン伝導性を維持することができる。
５６．４ｐｍ  ＜  ＲＢ  ＜  １２０ｐｍ  （３）
【００２３】
なお、ドープ金属Ｍが複数種類の金属から構成される場合には、平均Ｒは下記式（４）で表される。
Ｒ  ＝  ｘ１・Ｒ１  ＋  ｘ２・Ｒ２  ＋  ｘ３・Ｒ３  ＋  ・・・  （４）
ｘｎ：各ドープ金属の比率
Ｒｎ：各ドープ金属のイオン半径
【００２４】
以上のように、ドープ金属Ｍの価数をＢサイト金属の価数よりも小さくすることによって、電解質膜２０のプロトン伝導性を向上させることができる。また、金属Ｍのイオン半径の平均Ｒを所定の範囲の値にすることによって、電解質膜２０の良好なプロトン伝導性を維持しつつ水熱安定性を向上させることができる。したがって、燃料電池１００の発電性能を向上させることができる。
【００２５】
続いて、燃料電池１００の動作について説明する。アノード１０には、水素を含有する燃料ガスが供給される。燃料ガスに含まれる水素は、アノード１０においてプロトンと電子とに解離する。プロトンは、電解質膜２０を伝導してカソード３０に到達する。カソード３０には、酸素を含有する酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガス中の酸素とカソード３０に到達したプロトンとから水が発生するとともに電力が発生する。以上の動作により、燃料電池１００による発電が行われる。本実施の形態においては水熱安定性に優れた電解質膜２０を用いていることから、アノード１０およびカソード３０の良好な電極活性を維持することができる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態においては、電気化学セルの一例である水素分離膜電池２００について説明する。ここで、水素分離膜電池とは、燃料電池の一種であり、緻密な水素分離膜を備えた燃料電池である。緻密な水素分離膜は水素透過性を有する金属によって形成される層であり、アノードとしても機能する。水素分離膜電池は、この水素分離膜上にプロトン伝導性を有する電解質が積層された構造をとっている。水素分離膜に供給された水素はプロトンに変換され、プロトン伝導性の電解質中を移動し、カソードにおいて酸素と結合して発電が行われる。以下、水素分離膜電池２００の詳細について説明する。
【００２７】
図２は、水素分離膜電池２００の模式的断面図である。図２に示すように、水素分離膜電池２００は、水素分離膜１１０上に電解質膜１２０およびカソード１３０が順に積層された発電部がセパレータ１４０とセパレータ１５０とによって挟持された構造を有する。本実施の形態においては図２のような単セルについて説明を行うが、実際の水素分離膜電池においては単セルが複数積層された構造を有する。本実施の形態においては、水素分離膜電池２００の作動温度は、３００℃以上６００℃以下程度である。
【００２８】
セパレータ１４０，１５０は、ステンレス等の導電性材料から構成される。セパレータ１４０には、水素を含む燃料ガスが流動するためのガス流路が形成されている。セパレータ１５０には、酸素を含む酸化剤ガスが流動するためのガス流路が形成されている。
【００２９】
水素分離膜１１０は、水素透過性金属からなる。水素分離膜１１０は、燃料ガスが供給されるアノードとして機能するとともに、電解質膜１２０を支持および補強する支持体として機能する。水素分離膜１１０を構成する金属は、例えば、パラジウム、バナジウム、チタン、タンタル等である。水素分離膜１１０の膜厚は、例えば、３μｍ〜５０μｍ程度である。カソード１３０は、例えば、Ｌａ０．６Ｓｒ０．４ＣｏＯ３、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３等の導電性材料から構成されている。なお、カソード１３０を構成する材料に白金等の触媒が担持されていてもよい。
【００３０】
電解質膜１２０は、第１の実施の形態に係る電解質膜２０と同様の構成を有する。したがって、電解質膜１２０は、良好なプロトン伝導性と良好な水熱安定性を併せ持つ。それにより、水素分離膜１１０およびカソード１３０の良好な電極活性を維持することができる。電解質膜１２０の膜厚は、０．１μｍ〜２μｍ程度である。
【００３１】
ここで、水素分離膜電池２００において良好な発電効率を維持するためには、水素分離膜１１０と電解質膜１２０との密着性が高いことが必要である。電解質膜１２０は混合イオン伝導体ではなくプロトン伝導性電解質であることから、アノード側において水が発生しない。したがって、電解質膜１２０を用いることによって水素分離膜１１０と電解質膜１２０との剥離を防止することができる。以上のことから、本発明の構成を有する電解質は、水素分離膜電池に対して特に効果を発揮する。
【実施例】
【００３２】
以下、上記実施の形態に係る電解質膜を作製し、その特性を調べた。
【００３３】
（実施例１）
実施例１においては、図１の電解質膜２０または図２の電解質膜１２０に用いることができるペロブスカイト型の電解質（サンプル１〜サンプル５）を作製した。サンプル１はＢａＣｅ０．９Ｔｍ０．１Ｏ３‐αから構成され、サンプル２はＢａＣｅ０．９Ｙｂ０．１Ｏ３‐αから構成され、サンプル３はＢａＣｅ０．９Ｌｕ０．１Ｏ３‐αから構成され、サンプル４はＢａＣｅ０．９Ｉｎ０．１Ｏ３‐αから構成され、サンプル５はＢａＣｅ０．９Ｓｃ０．１Ｏ３‐αから構成される。また、いずれの電解質も直方体状になるように切り出した。サンプル１〜サンプル５の形状は、３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍとした。
【００３４】
（比較例１）
比較例１においては、ペロブスカイト型の電解質（比較サンプル）を作製した。比較サンプルはＢａＣｅ０．９Ｙ０．１Ｏ３から構成される。比較サンプルも直方体状になるように切り出した。比較サンプルの形状は、３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍとした。
【００３５】
（分析１）
上記サンプル２〜５および比較サンプルの電解質特性を調べた。まず、各電解質の導電率を測定した。導電率の測定は、４端子法にて行った。電流端子には白金ペーストを用いた。この白金ペーストは、９５０℃で１５分間、各電解質に焼き付けた。また、直径０．１ｍｍの白金線を各電解質に巻きつけることによって電圧端子とした。湿潤Ｈ２ガス（ｂｕｂｂｌｅｒ温度は１０℃）中で９００℃から４００℃まで５０℃おきに１１点の温度において、各電解質の導電率を測定した。
【００３６】
図３は、各電解質の導電率を示す。ここでの導電率は、具体的にはプロトン伝導率である。図３の縦軸はプロトン伝導率（Ｓ／ｃｍ）の対数を示し、図３の横軸は絶対温度の逆数（１／Ｋ）を示す。図３に示すように、サンプル４，５のプロトン伝導率は、他の電解質に比較して小さい値となった。一方、サンプル２，３および比較サンプルのプロトン伝導率は、高い値となった。ここで、各電解質のドープ金属のイオン半径は、比較サンプル、サンプル１、サンプル２、サンプル３、サンプル４、サンプル５の順に大きくなっている。したがって、ドープ金属のイオン半径が大きいほどプロトン伝導率が大きくなることがわかった。
【００３７】
（分析２）
次に、各電解質に対して水熱試験を施した。耐水熱性を有していない電解質においては、水熱試験後に水和物が形成される。図４に水熱試験の概略を示す。図４に示すように、各電解質をアルミナボート１１に並べ、横型電気炉１２に収容した。横型電気炉１２の昇温中においては、リボンヒータ１３で１１０℃〜１２０℃に加熱したガラスビーズ１４および石英ウール１５を通したドライ窒素ガスを２０ｍｌ／ｍｉｎの流量で横型電気炉１２に供給した。横型電気炉１２内の温度が４００℃になった後は、シリンジポンプ１６を用いて横型電気炉１２内に液体水を３．９ｍｌ／ｍｉｎ（水蒸気で約８０ｍｌ／ｍｉｎ）供給し、１０時間保持した。その後、シリンジポンプ１６の動作を停止させ、横型電気炉１２内をドライ窒素ガスで置換しつつ、横型電気炉１２内の温度を降温させた。
【００３８】
その後、各電解質に対してＸＲＤ測定を行い、水和物が検出されるか否かを検討した。Ｘ線源にはＣｕ−Ｋα線を用いた。図５〜図１０は、各電解質のＸＲＤ測定の結果を示す図である。図５〜図１０の縦軸はＸ線の回折強度を示し、図５〜図１０の横軸は回折角度を示す。また、図中の「ｂｅｆｏｒｅ」は水熱試験前の電解質のＸＲＤ測定結果であり、「ａｆｔｅｒ」は水熱試験後の電解質のＸＲＤ測定結果である。
【００３９】
図５に示すように、比較サンプルにおいては、水熱試験後にＢａ（ＯＨ）２が顕著に検出された。したがって、比較サンプルは、耐水熱性を有していないことがわかった。図６および図７に示すように、サンプル１，２においては、水熱試験後にＢａ（ＯＨ）２が検出されたが、回折強度は微小な値であった。したがって、サンプル１，２は、比較サンプルに比較して耐水熱性を有していることがわかった。図８〜図１０に示すように、サンプル３〜５においては、水熱試験後にＢａ（ＯＨ）２が検出されなかった。したがって、サンプル３〜５は、良好な耐水熱性を有していることがわかった。
【００４０】
以上の結果を図１１および表１に示す。図１１の縦軸は４００℃におけるプロトン伝導率（Ｓ／ｃｍ）を示し、図１１の横軸は水熱安定性（Ｂａ（ＯＨ）２の回折強度）を示す。図１１および表１に示すように、ドープ金属のイオン半径が大きくなるとプロトン伝導性は向上するが水熱安定性が低下することがわかった。また、ドープ金属のイオン半径が小さくなると水熱安定性は向上するがプロトン伝導性が低下することがわかった。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
以上の分析結果から、ドープ金属のイオン半径は、Ｔｍ３＋のイオン半径である８８．０ｐｍ以下であることが必要であり、Ｃｅ４＋のイオン半径である８７．０ｐｍ以下であることがより好ましく、Ｌｕ３＋のイオン半径である８６．１ｐｍ以下であることがさらに好ましいことがわかった。なお、表１に示した各イオン半径は、Ｒ．Ｄ．Ｓｈａｎｎｏｎ，  Ａｃｔａ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒ．，  Ａ３２（１９７６）７５１．から引用した値である。
【００４３】
（実施例２）
実施例２においては、第１の実施の形態に係る燃料電池１００を作製した。以下、実施例２に係る燃料電池１００の作製方法について説明する。まず、Ｂａ，Ｃｅ，Ｌｕの酸化物または炭酸塩をエタノール中で湿式混合した。次に、その混合物を空気中において１２５０℃で１０時間か焼して遊星型ボールミルによって粉砕した。次いで、粉砕試料を静水圧プレスによって成形した。次に、成形した試料を空気中において１６５０℃で１０時間焼成することによって、ＢａＣｅ０．９Ｌｕ０．１Ｏ３−αからなる直径約１３．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円盤状電解質を作製した。この電解質が図１の電解質膜２０に相当する。
【００４４】
続いて、電解質の両面の中央部に、直径０．８ｍｍの円状に白金ペースト（田中貴金属製ＴＲ−７９０７）をスクリーンプリント法によって塗布し、９５０℃で３０分焼き付けることによって多孔質白金電極を形成した。これらの両面の電極が、図１のアノード１０およびカソード３０に相当する。
【００４５】
（比較例２）
比較例２においては、実施例２に係る燃料電池と同様のものを作製した。比較例２に係る燃料電池が実施例２に係る燃料電池と異なる点は、ＢａＣｅ０．９Ｌｕ０．１Ｏ３−αの代わりにＢａＣｅ０．９Ｙ０．１Ｏ３−αからなる電解質を用いた点である。この電解質は、実施例２と同様の方法により作製した。
【００４６】
（分析３）
次に、実施例２および比較例２に係る燃料電池の発電特性を調べた。図１２に発電特性試験の概略を示す。図１２に示すように、電解質のアノード側の面に配管２１を接続し、カソード側の面に配管２２を接続した。配管２１，２２と電解質との間は、ガラスシール２３で密封した。各電極には白金ネットおよび白金ペーストを介してリード線２４，２５を接続した。この燃料電池の温度を、電気炉において所定の温度（６００℃および８００℃）に維持した。アノードに純水素ガスを３０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給し、カソードに純酸素ガスを３０ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給した。これらのガスは、１７℃の飽和水蒸気（水蒸気分圧は約１９００Ｐａ）において湿潤させた。以上の手順により各燃料電池に発電を行わせた。
【００４７】
図１３は、燃料電池の作動温度が６００℃である場合の発電特性を示す図である。図１３の左側の縦軸は端子電圧を示し、図１３の右側の縦軸は電力密度を示し、図１３の横軸は電流密度を示す。ここで、端子電圧は、リード線２４とリード線２５との間の電位差を示す。電流密度は、単位電極面積あたりに流れた電流を示す。電力密度は、端子電圧と電流密度との積を示す。この場合、同一の電流密度において端子電圧が高いほど、電力密度は高くなる。発電性能の良否は、電力密度の高低によって判断することができる。
【００４８】
図１３に示すように、同一の電流密度において、実施例２に係る燃料電池の端子電圧は、比較例２に係る燃料電池の端子電圧よりも高くなっている。したがって、実施例２に係る燃料電池の発電性能は、比較例２に係る燃料電池に比較して高いことが立証された。これは、実施例２に係る電解質が良好なプロトン伝導性および水熱安定性を併せ持つからであると考えられる。
【００４９】
図１４は、燃料電池の作動温度が８００℃である場合の発電特性を示す図である。図１４に示すように、８００℃においても、実施例２に係る燃料電池の端子電圧は、比較例２に係る燃料電池の端子電圧よりも高くなっている。したがって、８００℃の作動温度においても、実施例２に係る燃料電池の発電性能は、比較例２に係る燃料電池に比較して高いことが立証された。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の模式的断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る水素分離膜電池の模式的断面図である。
【図３】各電解質の導電率を示す図である。
【図４】水熱試験の概略を示す図である。
【図５】ＢａＣｅ０．９Ｙ０．１Ｏ３のＸＲＤ測定の結果を示す図である。
【図６】ＢａＣｅ０．９Ｔｍ０．１Ｏ３のＸＲＤ測定の結果を示す図である。
【図７】ＢａＣｅ０．９Ｙｂ０．１Ｏ３のＸＲＤ測定の結果を示す図である。
【図８】ＢａＣｅ０．９Ｌｕ０．１Ｏ３のＸＲＤ測定の結果を示す図である。
【図９】ＢａＣｅ０．９Ｉｎ０．１Ｏ３のＸＲＤ測定の結果を示す図である。
【図１０】ＢａＣｅ０．９Ｓｃ０．１Ｏ３のＸＲＤ測定の結果を示す図である。
【図１１】各電解質の導電率およびＸＲＤ測定の結果を示す図である。
【図１２】各電解質の発電特性試験の概略を示す図である。
【図１３】作動温度が６００℃である場合の発電特性を示す図である。
【図１４】作動温度が８００℃である場合の発電特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  アノード
２０，１２０  電解質膜
３０，１３０  カソード
１００  燃料電池
１１０  水素分離膜
２００  水素分離膜電池
【図１】
2007234272.tif 000004
【図２】
2007234272.tif 000005
【図３】
2007234272.tif 000006
【図４】
2007234272.tif 000007
【図５】
2007234272.tif 000008
【図６】
2007234272.tif 000009
【図７】
2007234272.tif 000010
【図８】
2007234272.tif 000011
【図９】
2007234272.tif 000012
【図１０】
2007234272.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年4月12日(2006.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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