，從而再現(xiàn)燃料電池的初始還原過程，并測定還原率。因此，將樣品2置于氫氣可以在其中循環(huán)流通的容器1中，該容器被布置在XAFS光譜儀3a的檢測器4和5之間，并且測定還原率。
[0078][還原率的測定]
[0079]如圖6所示，在氮氣氣氛中經(jīng)過預(yù)定時間將樣品2加熱至400°C。在400°C的溫度下，使含3%氫氣的氦氣循環(huán)流通，并且通過上述工序每隔90秒測定還原率。對氧化鎳(N1標(biāo)準(zhǔn)樣品)和樣品進行測量，并通過上述工序確定樣品中Ni的還原率。還確定了所添加的氧化鈷和氧化鐵的還原率，并由這些還原率確定了相對于催化材料的總質(zhì)量而言的總還原率。
[0080][測量結(jié)果]
[0081]圖7是示出了包含氧化鎳和氧化鈷的復(fù)合催化劑還原率的時間進程的曲線圖。圖8是示出了包含氧化鎳和氧化鐵的復(fù)合催化劑還原率的時間進程的曲線圖。圖9示出了根據(jù)圖7的氧化鈷的還原率的時間進程。圖10示出了根據(jù)圖8的氧化鐵的還原率的時間進程。
[0082]圖7表明在數(shù)分鐘內(nèi)，添加有4質(zhì)量％至7質(zhì)量％的氧化鈷的氧化鎳以超過90%的高還原率被還原。圖8表明在數(shù)分鐘內(nèi)，具有10質(zhì)量％以下的氧化鐵的氧化鎳也以超過90%的高還原率被還原。
[0083]如圖9所示，隨著所包含的鈷金屬的量增加，氧化鈷的還原率提高，但是氧化鈷的還原率并不如氧化鎳的還原率那樣高。如圖10所示，鐵金屬的添加量沒有顯著影響氧化鐵的還原率。氧化鐵的還原率以相似的趨勢變化。
[0084]圖11和圖12示出了表示還原過程后的氧化鎳還原率的表和柱形圖。圖11至圖14所不的還原率是900秒后測定的值。
[0085]如這些圖所示，N1標(biāo)準(zhǔn)樣品(Co的添加比例為0質(zhì)量％)的還原率為92%。當(dāng)添加有4質(zhì)量％至10質(zhì)量％氧化鈷的氧化鎳被還原時，氧化鎳的還原率是100%，該還原率高于相關(guān)技術(shù)中的還原率。同時還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鈷金屬成分的添加量高達約50質(zhì)量％時，氧化鎳的還原率超過N1標(biāo)準(zhǔn)樣品的還原率。當(dāng)鈷金屬成分的添加量高達約50重量％時，氧化鎳和氧化鈷的總還原率也超過了 N1標(biāo)準(zhǔn)樣品的還原率。隨著所包含的鈷金屬成分的比例增加，不僅還原率降低，而且因為氧化鈷比氧化鎳更昂貴，因此制造成本也升高。因此，所包含的鈷金屬成分的比例優(yōu)選設(shè)定為2質(zhì)量％至15質(zhì)量％。所包含的鈷金屬成分的比例特別優(yōu)選設(shè)定為2質(zhì)量％至10質(zhì)量％。
[0086]上述測定結(jié)果表明，通過利用該工序來形成燃料電池的電極，鎳還原率提高，因此也提高了導(dǎo)電性等。燃料電池的效率可以相應(yīng)地提高。
[0087]因為確定了催化劑的還原率和還原操作時間之間的關(guān)系，所以也能夠縮短初始還原過程的時間。
[0088]類似地，如圖13和圖14中所示，添加有4質(zhì)量％至10質(zhì)量％鐵金屬成分的氧化鎳的還原率高于N1標(biāo)準(zhǔn)樣品(鐵的添加比例為0質(zhì)量％)的還原率?？傔€原率也以類似趨勢變化。但是，當(dāng)鐵金屬成分的添加量超過10質(zhì)量％時，氧化鎳的還原率顯著降低。因此，鐵金屬成分的添加量優(yōu)選設(shè)定為2質(zhì)量％至10質(zhì)量％。
[0089]在通過簡單地混合上述氧化物粉末，而不使用浸漬法獲得催化劑材料的情況中，例如，含有10質(zhì)量％的鐵金屬成分的N1-Fe催化劑的還原率為54%，含有50質(zhì)量％的0)金屬成分的N1-Co催化劑的還原率為80%。
[0090]將上述電極催化劑材料用于形成燃料電池的電解質(zhì)-電極層疊體。例如，為了形成包括YSZ構(gòu)成的電解質(zhì)層的電解質(zhì)-電極疊層體，利用球磨機將上述電極材料和YSZ粉末研磨捏合，然后進行單軸成型，以形成具有所需形狀的板狀成形體。在1000°c下煅燒該板狀成形體，然后通過絲網(wǎng)印刷將隨后將會形成電解質(zhì)層的YSZ膏體施加到煅燒后的板狀成形體上。將所得成形體加熱到750°C以除去成型用粘結(jié)劑，然后在1000°C下整體燒結(jié)。接著，將用于構(gòu)成空氣極的鑭鍶鈷鐵氧體材料(LSFC)以層疊的方式施加，并在1000°C下燒制。提供Pt網(wǎng)作為空氣極集電體并提供鎳多孔體作為燃料極集電體，從而得到SOFC的電解質(zhì)-電極層疊體。使用該電解質(zhì)-電極層疊體形成燃料電池，并在運轉(zhuǎn)之前對燃料電池進行上述初始還原過程。
[0091]固體電解質(zhì)不限于特定類型，并且電解質(zhì)層中所采用的各種固體電解質(zhì)和根據(jù)本實施方案的催化劑材料可以用于形成電極。
[0092]本發(fā)明的范圍不限于上述實施方案。在此所公開的實施方案在各個方面僅是說明性的，而不應(yīng)被解釋為限制性的。本發(fā)明的范圍并非由上述含義所給定，而是由權(quán)利要求所限定，并且旨在包括與權(quán)利要求同等的含義和范圍內(nèi)的所有修改。
[0093]工業(yè)實用性
[0094]催化劑的還原率提高，從而形成了具有高效率的燃料電池。
[0095]參考符號列表
[0096]1 容器
[0097]2 樣品
[0098]3 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS)光譜儀，其包括其中放置有根據(jù)實施方案的樣品的容器
[0099]3a X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS)光譜儀
[0100]4 檢測器
[0101]5 檢測器
[0102]6 加熱器
【主權(quán)項】
1.一種用于固體氧化物燃料電池的電極用催化劑材料，其包含氧化鎳和氧化鈷， 其中相對于鎳金屬成分和鈷金屬成分的總質(zhì)量，所述電極用催化劑材料所包含的鈷金屬成分的量為2質(zhì)量％至15質(zhì)量％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極用催化劑材料，具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中氧化鈷顆粒分散擔(dān)載在氧化鎳顆粒的部分或全部表面上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極用催化劑材料，其包含50%以上的粒徑為Ιμπι至50μπι的鎳鈷氧化物復(fù)合顆粒。4.一種燃料電池用電極，其是通過使用根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電極用催化劑材料而形成的。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池用電極，其中鎳成分的還原率為95%以上。6.—種制造用于燃料電池的電極用催化劑材料的方法，該電極用催化劑材料包含氧化鎳和氧化鈷，所述方法包括以下步驟: 以相對于鎳金屬成分和鈷金屬成分的總質(zhì)量，所述電極用催化劑材料中所包含的鈷金屬成分的量為2質(zhì)量％至15質(zhì)量％的方式，通過浸漬法向氧化鎳中添加氧化鈷。7.—種用于燃料電池的電極用催化劑材料，其包含氧化鎳和氧化鐵， 其中相對于鎳金屬成分和鐵金屬成分的總質(zhì)量，所述電極用催化劑材料所包含的鐵金屬成分的量為2質(zhì)量％至10質(zhì)量％。8.—種制造用于燃料電池的電極用催化劑材料的方法，該電極用催化劑材料包含氧化鎳和氧化鐵，所述方法包括以下步驟: 以相對于鎳金屬成分和鐵金屬成分的總質(zhì)量，所述電極用催化劑材料中所包含的鐵金屬成分的量為2質(zhì)量％至10質(zhì)量％的方式，通過浸漬法向氧化鎳中添加氧化鐵。9.一種燃料電池用電極，其是通過使用根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極用催化劑材料而形成的。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池用電極，其中鎳成分的還原率為95%以上。11.一種燃料電池，其包括通過使用根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的電極用催化劑材料而形成的電極。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種通過提高鎳催化劑的還原率，可以提高燃料電池中的催化性能的電極用催化劑材料。該用于燃料電池的電極的催化劑材料包含氧化鎳和氧化鈷，并且相對于鎳金屬成分和鈷金屬成分的總質(zhì)量，該催化劑材料包含2質(zhì)量％至15質(zhì)量％的鈷金屬成分。
【IPC分類】H01M4/86, H01M4/90
【公開號】CN105493324
【申請?zhí)枴緾N201480047867
【發(fā)明人】平巖千尋, 水原奈保, 真島正利, 東野孝浩, 富永愛子, 飯原順次
【申請人】住友電氣工業(yè)株式會社
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2014年5月15日
【公告號】EP3041073A1, EP3041073A4, WO2015029506A1