固体氧化物型燃料电池空气极用粉体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种固体氧化物型燃料电池空气极用粉体，其是以下述通式：A11‑

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体氧化物型燃料电池空气极用粉体及其制造方法


[0001]本专利技术涉及固体氧化物型燃料电池空气极用粉体及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，作为清洁能源，燃料电池受到关注。其中，使用具有离子传导性的固体氧化物作为电解质的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的发电效率优异。SOFC的工作温度高达700℃～1000℃左右，也能够利用排热。另外，SOFC能够利用烃及一氧化碳气体等各式各样的燃料，因此期待从家庭用到大规模发电的广泛活用。
[0003]SOFC通常具备多个单电池(cell)，该单电池具有多孔性的空气极(阴极)及燃料极(阳极)、和介于它们之间的电解质层。若将空气供给于空气极，便产生该空气中所含的氧的还原反应，生成氧离子。氧离子通过电解质层而到达燃料极，与供给于燃料极的氢进行反应而生成水。此时，在燃料极生成电子，在空气极电子被消耗。
[0004]就SOFC商用化而言，希望提高单电池的性能，减少所使用的单电池的数量以降低成本。为了提高单电池的性能，例如对于空气极，要求高电导率及高开口气孔率(open porosity)。在专利文献1～4中，针对用作空气极材料、具有以ABO3所表示的钙钛矿型晶体结构的金属复合氧化物，进行了各式各样的研究。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：日本特开2009
‑
035447号公报
[0008]专利文献2：日本特开2015
‑
201440号公报
[0009]专利文献3：日本特开2016
‑
139523号公报
[0010]专利文献4：日本专利第5140787号公报

技术实现思路

[0011]专利技术所要解决的课题
[0012]即使使用专利文献1～4中所记载的金属复合氧化物，也难以得到兼顾高电导率和高开口气孔率的空气极。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]有鉴于上述事情，本专利技术的一方面涉及一种固体氧化物型燃料电池空气极用粉体，其是以下述通式：
[0015]A11‑
x
A2
x
BO3‑
δ
[0016](其中，元素A1为选自La及Sm之中的至少一种，元素A2为选自Ca、Sr及Ba之中的至少一种，元素B为选自Mn、Fe、Co及Ni之中的至少一种，0＜x＜1，δ为氧缺位量)所表示的具有钙钛矿型单相的晶体结构的金属复合氧化物的粉体，
[0017]在放大倍数500倍下观察将所述粉体加压成形所得到的成型体的断面，藉由能量色散型X射线分析法测定所述元素B的特征X射线的强度时，具有所述特征X射线的最大强度
的50％以上的强度、且具有观察视场的0.04％以上的面积比例的区域的个数为5以下。
[0018]本专利技术的另一方面涉及一种固体氧化物型燃料电池空气极用粉体的制造方法，其是制造以下述通式：
[0019]A11‑
x
A2
x
BO3‑
δ
[0020](其中，元素A1为选自La及Sm之中的至少一种，元素A2为选自Ca、Sr及Ba之中的至少一种，元素B为选自Mn、Fe、Co及Ni之中的至少一种，0＜x＜1，δ为氧缺位量)所表示的具有钙钛矿型单相的晶体结构的固体氧化物型燃料电池空气极用粉体的方法；所述制造方法具备：
[0021]料浆制备工序，其将分别包含所述元素A1、所述元素A2及所述元素B的粉体状的多种金属化合物、和分散介质加以混合，制备所述金属化合物的平均粒径为0.5μm以上且2μm以下的料浆；
[0022]添加工序，其将造粒剂添加于所述料浆中；
[0023]干燥工序，其在所述添加工序之后，除去所述料浆中的所述分散介质，从而得到干燥粉体；及
[0024]烧成工序，其将所述干燥粉体进行烧成；其中，
[0025]供给于所述干燥工序的所述料浆中的多种所述金属化合物的合计浓度为10质量％以上且小于25质量％。
[0026]专利技术效果
[0027]根据本专利技术，可得到兼顾高电导率和高开口气孔率的空气极。
[0028]将本专利技术的新颖的特征记述于附加的权利要求书中，但本专利技术对于构成及内容这两者，皆可与本专利技术的其它目的及特征一起藉由对照附图的以下的详细说明而更加清楚地理解。
附图说明
[0029]图1A为成型体的断面的二值化处理后的分布(mapping)图像的一个例子。
[0030]图1B为图1A中的经标记的区域的放大图。
[0031]图2为表示本专利技术的一实施方式的制造方法的一个例子的流程图。
[0032]图3为在实施例1中制作的烧成粉体的X射线衍射图。
[0033]图4为在实施例1中制作的成型体的断面的SEM图像。
[0034]图5为在比较例3中制作的成型体的断面的SEM图像。
[0035]图6为在实施例1中制作的成型体的断面的分布图像。
[0036]图7为在比较例3中制作的成型体的断面的分布图像。
[0037]图8为在实施例1中制作的成型体的断面的二值化处理后的分布图像。
[0038]图9为在比较例3中制作的成型体的断面的二值化处理后的分布图像。
具体实施方式
[0039]以ABO3所表示的钙钛矿型晶体结构的B位点为可以具有多个化合价的过渡金属所占有。因此，具有钙钛矿型晶体结构的金属复合氧化物的导电率容易受进入B位点的金属元素的影响。
[0040]然而，就晶体结构的解析而言，通常使用X射线衍射法。即便是在藉由X射线衍射法，评价为仅由具有钙钛矿型晶体结构的相(以下有时称为钙钛矿相)所构成的金属复合氧化物的情况下，若使用电子显微镜细微地进行分析，有时也能够确认出金属复合氧化物中包含过渡金属且具有除钙钛矿相以外的晶体结构的区域(以下有时称为非钙钛矿区域)。例如，在使用包含锰(Mn)作为过渡金属元素的原料的情况下，金属复合氧化物中，可与钙钛矿相一起，存在包含由氧化锰所造成的尖晶石型结晶的区域。这是因为在将多个原料(金属化合物)混合并进行烧成而制作金属复合氧化物的工序中，包含过渡金属的原料的一部分不是有助于钙钛矿相的生成，而是生成非钙钛矿区域。已经判明金属复合氧化物的导电率的降低起因于：这样的包含可进入B位点的过渡金属(元素B)的非钙钛矿区域在金属复合氧化物粉体中占据某种程度的区域而不均匀地分布。
[0041]本实施方式的固体氧化物型燃料电池空气极用粉体(以下有时称为空气极用粉体)的非钙钛矿区域被均匀地分散成如下的程度：即使藉由使用电子显微镜的分析，也无法确认出不均匀的分布。
[0042]即，本实施方式涉及一种空气极用粉体，其是以下述通式：
[0043]A11‑
x
A2
x
BO3‑
δ
[0044](其中，元素A1为选自La及Sm之中的至少一种，元素A2为选自Ca、Sr及Ba之中的至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固体氧化物型燃料电池空气极用粉体，其是以下述通式所表示的具有钙钛矿型单相的晶体结构的金属复合氧化物的粉体：A11‑
x
A2
x
BO3‑
δ
其中，元素A1为选自La及Sm之中的至少一种，元素A2为选自Ca、Sr及Ba之中的至少一种，元素B为选自Mn、Fe、Co及Ni之中的至少一种，0＜x＜1，δ为氧缺位量；在放大倍数500倍下观察将所述粉体加压成形所得到的成型体的断面，藉由能量色散型X射线分析法测定所述元素B的特征X射线的强度时，具有所述特征X射线的最大强度的50％以上的强度、且具有观察视场的0.04％以上的面积比例的区域的个数为5以下。2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池空气极用粉体，其中，所述元素A1包含La，所述元素A2包含Sr，所述元素B包含Mn。3.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池空气极用粉体，其中，所述粉体的基于BET法的比表面积为0.05m2/g以上且0.3m2/g以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的固体氧化物型燃料电池空气极用粉体，其中，所述粉体的平均粒径为10μm以上且35μm以下。5.一种固体氧化物型燃料电池空气极用粉体的制造方法，其是制造以下述通式所表示的具有钙钛矿型单相的晶体结构的固体氧化物型燃料电池空气极用粉体的方法：A11‑
x
A2
x
BO3‑
δ
其中，元素A1为选自La及Sm之中的至少一种，元素A2为选自Ca、Sr及Ba...

【专利技术属性】
技术研发人员：平田宜宽，桥本和人，米田稔，
申请(专利权)人：堺化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：