燃料电池用复合材料、燃料电池用复合材料的制造方法以及燃料电池的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池用复合材料、燃料电池用复合材料的制造方法以及燃料电池。具体而言，本发明涉及固体氧化物燃料电池中的燃料电池用复合材料等，该复合材料能够增强电解质层的发电性能。
【背景技术】
[0002]固体氧化物燃料电池(以下称为“S0FC”)包括电解质-电极层叠体，其中阳极层和阴极层布置在固体电解质层的两侧。为了降低固体电解质层中对离子传导的抵抗作用，固体电解质层优选形成为具有最小的厚度。较薄的固体电解质层的形成会降低固体电解质层的强度，从而在燃料电池的生产和使用过程中引发一些问题。因此，经常使用这样的结构(阳极支撑结构)，其中层叠在固体电解质层上的阳极层具有大的厚度，以确保层叠体的强度。
[0003]已经研究出如下方法作为电解质-电极层叠体的制造方法，其中将电解质粉末以薄层的形式涂布到阳极层粉末成形体上，并且将所得的电解质-阳极层叠体共烧制。
[0004]专利文献1:日本未审查专利申请公开N0.2001-307546
【发明内容】
[0005]技术问题
[0006]通过使用上述结构，在将固体电解质层的厚度设定为较小的厚度的同时，确保了电解质-阳极层叠体具有高强度。然而，在使用镍作为催化剂的情况下，在烧制时固体电解质层的性能会不利地降低。
[0007]例如，在使用BaZr03-Y203(以下，称为“BZY”)作为电解质材料并且将其中作为催化剂的镍(Ni)或氧化镍(N1)添加至BZY粉末中的阳极粉末材料作为阳极材料的情况下，不利的是，固体电解质层的离子传导性易于降低。迄今为止，通过如下方式制备了电解质-阳极层叠体:通过将阳极粉末材料压制为预定的厚度从而制得成形体，将BZY粉末涂布到成形体的表面上，并在1400°C至1600°C下共烧制。在这种情况下，由BZY构成的固体电解质层的固有离子传导性降低。另外，在将该固体电解质层用于燃料电池的情况下，与理论的发电性能相比，发电性能往往下降。
[0008]虽然导致发电性能降低的细节尚未明确，但推测添加到阳极层的镍影响了固体电解质层，从而抑制了离子传导性。
[0009]为了解决上述问题而完成了本发明。本发明的目的在于提供一种燃料电池用复合材料，其中在将电解质-阳极层叠体共烧制的情况下，复合材料能够抑制固体电解质层的离子传导性能的降低，从而提高燃料电池的发电性能。
[0010]解决问题的手段
[0011]本发明的一个方面提供了一种燃料电池用复合材料，该复合材料包括固体电解质层以及层叠在所述固体电解质层上的阳极层，其中所述固体电解质层由离子导体构成，在所述离子导体中，钙钛矿结构的A位被钡(Ba)和锶(Sr)中的至少一者占据，并且B位中的四价阳离子被三价稀土元素部分地代替，并且所述阳极层包含组成与所述固体电解质层相同的电解质成分、镍(Ni)催化剂、以及含有稀土元素的添加剂，所述添加剂至少位于所述阳极层与所述固体电解质层之间的界面部分。
[0012]即使在对由固体电解质材料和阳极材料构成的层叠体进行共烧制的情况中，向阳极层中引入含有稀土元素的添加剂也不会造成固体电解质层的离子传导性能降低，并且提高了包括该层叠体的燃料电池的发电性能。
[0013]本发明的有益效果
[0014]即使在使用镍作为催化剂并且对阳极层和固体电解质层进行共烧制的情况下，离子传导性能也不会降低，其中镍的价格低于贵金属(如铂(Pt))的价格。
【附图说明】
[0015][图1]图1是根据本发明的实施方案的燃料电池用复合材料的结构的横截面图。
[0016][图2]图2是包括根据本发明实施方案的燃料电池用复合材料的燃料电池的示意性横截面图。
[0017][图3]图3为示出了包括根据本发明实施方案的燃料电池用复合材料的燃料电池与包括常规燃料电池用复合材料的燃料电池之间的组成差异、以及这两种燃料电池之间的发电性能比较的表格。
[0018][图4]图4是包含于阳极层中的材料的相图，该相图引自J.J.Lander, J.Am.Chem.Soc.，73，2451 (1951)。
[0019][图5]图5是包含于阳极层中的材料在1000°C至1350°C的温度范围内的三元相图，该三元相图是参照J.Solid State Chem.，88 [1] 291-302 (1990)中示出的相图绘制的。
【具体实施方式】
[0020][关于常规电解质-阳极层叠体的问题的讨论]
[0021]本发明的发明人对常规的电解质-阳极层叠体进行了深入研究，并已发现造成离子传导性能降低的如下原因。
[0022]例如，常规电解质-阳极层叠体包括由如上定义的BZY构成的固体电解质层、以及由这样的材料构成的阳极层，其中在该材料中，将作为催化剂的Ni通常以N1形式添加到BZY中，在这种常规电解质-阳极层叠体中，本发明人对烧制后的固体电解质层的组成进行了详细的研究，并发现，Ni组分以高浓度存在于固体电解质层的全部区域内。Ni组分显然是添加于阳极层中的催化组分。然而，目前还不清楚Ni组分是如何移动到电解质层的，并且尚未明确的是Ni组分是否抑制了固体电解质层的离子传导性。
[0023]因此，本发明人制作了其中抑制了 Ni组分向固体电解质层的迀移并且固体电解质层中的Ni组分的浓度降低的实验用电解质-阳极层叠体，并且将包括该电解质-阳极层叠体的燃料电池与包括常规电解质-阳极层叠体的燃料电池进行了比较。其结果是，本发明人发现，固体电解质中Ni组分的量的降低会提高发电性能。
[0024][本发明实施方案的概述]
[0025]本发明的实施方案提供了一种燃料电池用复合材料，该复合材料包括固体电解质层以及层叠在固体电解质层上的阳极层，其中固体电解质层由离子导体构成，在离子导体中，钙钛矿结构的A位被钡(Ba)和锶(Sr)中的至少一者占据，并且B位中的四价阳离子被三价稀土元素部分地代替，并且阳极层包含组成与固体电解质层相同的电解质成分、镍(Ni)催化剂、以及含有稀土元素的添加剂，该添加剂至少位于阳极层与固体电解质层之间的界面部分。
[0026]优选地，以稀土元素的原子比计，含有稀土元素的添加剂的量为阳极层中包含的固体电解质成分中的稀土元素的量的0.001倍至2倍。
[0027]当以稀土元素的原子比计，含有稀土元素的添加剂的量小于阳极层中包含的固体电解质成分中的稀土元素的量的0.001倍时，对于离子传导性降低的抑制效果可以忽略不计，从而不能增强燃料电池的发电性能。当以稀土元素的原子比计，含有稀土元素的添加剂的量大于阳极层中包含的固体电解质成分中的稀土元素的量的2倍时，对固体电解质层的亲和性降低，从而降低了层间的密着力，并且固体电解质层的组成可能改变，从而降低离子传导性。更优选地，以稀土元素的原子比计，含有稀土元素的添加剂的量为阳极层中包含的固体电解质成分中的稀土元素的量的0.01倍至1.5倍。当含有稀土元素的添加剂的量为
0.01倍以上时，反应抑制效果显著。当含有稀土元素的添加剂的量为1.5倍以下时，则层间密着力的降低以及对固体电解质层的组成的影响极小。
[0028]优选地，在阳极层中，Ni催化剂的原子数(B)与除Ni催化剂以外的其他阳离子元素的原子数(A)的比值(Β/A)在0.5至10的范围内。当Ni催化剂的原子数与除Ni催化剂以外的其他阳离子元素的原子数的比值小于0.5时，不能提供充足的催化效果，并且不能确保阳极层的电子传导性。当Ni催化剂的原子数与除Ni催化剂以外的其他阳离子元素的原子数的比值大于10时，在由N1还原成Ni的过程中体积变化可能会增加。此外，固体电解质层和阳极层