JP2000133284A - 固体酸化物燃料電池用電解質 - Google Patents
固体酸化物燃料電池用電解質Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電解質の支持性および剛性を高め、電極機能
に関する機械的、化学的及び微細構造的要件を満たし、
製造が容易で安価である固体酸化物燃料電池用電解質を
提供する。 【解決手段】 上面及び下面を有する電解質プレートと
当該電解質プレートを支持する支持手段とから成り、上
記支持手段が、電解質プレートの上面及び下面の少なく
とも一方に配置される複数の非交叉支持部材から成るこ
とを特徴とする固体酸化物燃料電池用電解質。
に関する機械的、化学的及び微細構造的要件を満たし、
製造が容易で安価である固体酸化物燃料電池用電解質を
提供する。 【解決手段】 上面及び下面を有する電解質プレートと
当該電解質プレートを支持する支持手段とから成り、上
記支持手段が、電解質プレートの上面及び下面の少なく
とも一方に配置される複数の非交叉支持部材から成るこ
とを特徴とする固体酸化物燃料電池用電解質。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体酸化物燃料電
池用電解質に関し、詳しくは、改良された固体酸化物燃
料電池用電解質の構造及びその製造方法に関する。
池用電解質に関し、詳しくは、改良された固体酸化物燃
料電池用電解質の構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）
に関する研究が進められている。ＳＯＦＣは、将来の電
力発生源及び共同発生源の要件に見合い、地球環境に優
しい電池である。このため、ＳＯＦＣの積層化性能を向
上させると共に、その作動温度を低くする開発が進めら
れている。
に関する研究が進められている。ＳＯＦＣは、将来の電
力発生源及び共同発生源の要件に見合い、地球環境に優
しい電池である。このため、ＳＯＦＣの積層化性能を向
上させると共に、その作動温度を低くする開発が進めら
れている。
【０００３】上記の改良例の一つとしては、高性能ＳＯ
ＦＣシステム用の、電極に支持された薄膜電解質が挙げ
られる。薄膜電解質の製造方法としては、アライドシグ
ナル社のロール−カレンダー法、ローレンスバークレー
研究所及びミシシッピー大学（ローラ）のスピンコート
ゾル−ゲル法、ユタ大学のディップコート法、ダウ社の
テープ積層法、ウェスチングハウス社の電気化学的蒸着
（ＥＶＤ）法等が知られている。これらの製造方法によ
って、電極基板上に５〜５０μｍの電解質層を形成する
ことができる。特に、上記カレンダー法及びテープ積層
法は、最も有望であると考えられており、電子チップパ
ッケージ等の分野である程度商業的に実用化されてい
る。
ＦＣシステム用の、電極に支持された薄膜電解質が挙げ
られる。薄膜電解質の製造方法としては、アライドシグ
ナル社のロール−カレンダー法、ローレンスバークレー
研究所及びミシシッピー大学（ローラ）のスピンコート
ゾル−ゲル法、ユタ大学のディップコート法、ダウ社の
テープ積層法、ウェスチングハウス社の電気化学的蒸着
（ＥＶＤ）法等が知られている。これらの製造方法によ
って、電極基板上に５〜５０μｍの電解質層を形成する
ことができる。特に、上記カレンダー法及びテープ積層
法は、最も有望であると考えられており、電子チップパ
ッケージ等の分野である程度商業的に実用化されてい
る。
【０００４】これらのタイプの薄膜電解質構造は、小面
積単一電池には非常に良好に適用できるが、積層可能な
大面積電池には適用できていない。特に、薄膜電解質の
機械的支持能力は基板電極材料に依存しているが、電極
機能に関する機械的、化学的及び微細構造的要件は、電
極の機械的支持性と相容れないものである。更に、電極
に要求される多孔性微細構造に起因して、電極は機械的
強度に非常に劣る。アノード及びカソードと共に、その
容積及び組成変化は酸素ポテンシャルの変化を伴い、こ
れらの変化が全て、電池の機械的一体性に大きく影響す
る。
積単一電池には非常に良好に適用できるが、積層可能な
大面積電池には適用できていない。特に、薄膜電解質の
機械的支持能力は基板電極材料に依存しているが、電極
機能に関する機械的、化学的及び微細構造的要件は、電
極の機械的支持性と相容れないものである。更に、電極
に要求される多孔性微細構造に起因して、電極は機械的
強度に非常に劣る。アノード及びカソードと共に、その
容積及び組成変化は酸素ポテンシャルの変化を伴い、こ
れらの変化が全て、電池の機械的一体性に大きく影響す
る。
【０００５】更に、従来の固体酸化物燃料電池において
は、薄膜電解質を充分に支持するため支持電極が電池エ
ッジまで延びており、カソードが燃料に又アノードが空
気に露出しているために、酸素ポテンシャル勾配を被る
ことは避けられない。更に、空気中で燃焼して酸化物を
形成するニッケル・サーメットアノード基板を使用する
場合、同様に、電池の機械的一体性が損なわれる。特
に、ＮｉＯは、電池の作動開始に伴ってニッケルに還元
されるため、電池の機械強度が大きく損なわれる。
は、薄膜電解質を充分に支持するため支持電極が電池エ
ッジまで延びており、カソードが燃料に又アノードが空
気に露出しているために、酸素ポテンシャル勾配を被る
ことは避けられない。更に、空気中で燃焼して酸化物を
形成するニッケル・サーメットアノード基板を使用する
場合、同様に、電池の機械的一体性が損なわれる。特
に、ＮｉＯは、電池の作動開始に伴ってニッケルに還元
されるため、電池の機械強度が大きく損なわれる。
【０００６】上記問題の解決法の一つとしては、米国特
許第５，３１２，７００号公報で開示される方法が挙げ
られる。この公報に記載された技術では、電解質の支持
性及び剛性を高めるため、薄板電解質の一方又は両側の
各単一平面上に、交叉支持リブが設けられる。この交叉
支持リブを設けることにより電解質の強度に関する欠点
を解決しようとしているが、この交叉支持リブの製造は
長時間を要しコスト高であるという問題があった。
許第５，３１２，７００号公報で開示される方法が挙げ
られる。この公報に記載された技術では、電解質の支持
性及び剛性を高めるため、薄板電解質の一方又は両側の
各単一平面上に、交叉支持リブが設けられる。この交叉
支持リブを設けることにより電解質の強度に関する欠点
を解決しようとしているが、この交叉支持リブの製造は
長時間を要しコスト高であるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電解
質の支持性および剛性を高め、電極機能に関する機械
的、化学的及び微細構造的要件を満たし、製造が容易で
安価である固体酸化物燃料電池用電解質を提供すること
である。
質の支持性および剛性を高め、電極機能に関する機械
的、化学的及び微細構造的要件を満たし、製造が容易で
安価である固体酸化物燃料電池用電解質を提供すること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成すべく鋭意検討した結果、電解質プレートと複数の
非交叉支持部材から成る支持手段とから成る電解質によ
り上記課題が解決できることを見い出し、本発明を完成
するに至った。
達成すべく鋭意検討した結果、電解質プレートと複数の
非交叉支持部材から成る支持手段とから成る電解質によ
り上記課題が解決できることを見い出し、本発明を完成
するに至った。
【０００９】本発明は上記の知見に基づき完成されたも
のであり、その第１の要旨は、上面及び下面を有する電
解質プレートと当該電解質プレートを支持する支持手段
とから成り、上記支持手段が、電解質プレートの上面及
び下面の少なくとも一方に配置される複数の非交叉支持
部材から成ることを特徴とする固体酸化物燃料電池用電
解質に存する。
のであり、その第１の要旨は、上面及び下面を有する電
解質プレートと当該電解質プレートを支持する支持手段
とから成り、上記支持手段が、電解質プレートの上面及
び下面の少なくとも一方に配置される複数の非交叉支持
部材から成ることを特徴とする固体酸化物燃料電池用電
解質に存する。
【００１０】第１の要旨の好ましい実施態様として、非
交叉支持部材が電解質プレートの上面及び下面の両方に
配置される。この実施態様において、電解質プレート上
面に配置された非交叉支持部材が、電解質プレート下面
に配置された非交叉支持部材に対し直交方向に延設され
ていることが好ましい。
交叉支持部材が電解質プレートの上面及び下面の両方に
配置される。この実施態様において、電解質プレート上
面に配置された非交叉支持部材が、電解質プレート下面
に配置された非交叉支持部材に対し直交方向に延設され
ていることが好ましい。
【００１１】第１の要旨の他の好ましい実施態様とし
て、非交叉支持部材が実質的に同一の幾何形状を有す
る。この実施態様において非交叉支持部材が実質的に矩
形状または正弦波形状の形状を有することが好ましい。
て、非交叉支持部材が実質的に同一の幾何形状を有す
る。この実施態様において非交叉支持部材が実質的に矩
形状または正弦波形状の形状を有することが好ましい。
【００１２】第１の要旨の他の好ましい実施態様とし
て、非交叉支持部材が電解質プレートより大きい厚さを
有する。
て、非交叉支持部材が電解質プレートより大きい厚さを
有する。
【００１３】第１の要旨の他の好ましい実施態様とし
て、非交叉支持部材が電解質プレート全面に亘って延設
される。
て、非交叉支持部材が電解質プレート全面に亘って延設
される。
【００１４】第１の要旨の他の好ましい実施態様とし
て、電解質プレート及び非交叉支持部材が安定ジルコニ
アから成る。
て、電解質プレート及び非交叉支持部材が安定ジルコニ
アから成る。
【００１５】本発明の第２の要旨は、上面及び下面を有
する電解質プレートを提供する工程と、第２のプレート
を提供する工程と、第２のプレートを介した少なくとも
１つの開口部を形成する工程と、電解質プレートの上面
及び下面の一方の面に第２のプレートを所望の向きに配
置する工程と、電解質プレートを第２のプレートと関連
させる工程と、関連する電解質プレート及び第２のプレ
ートをトリミングして電解質プレート上に複数の非交叉
支持部材を設ける工程とから成る固体酸化物燃料電池用
電解質の製造方法に存する。
する電解質プレートを提供する工程と、第２のプレート
を提供する工程と、第２のプレートを介した少なくとも
１つの開口部を形成する工程と、電解質プレートの上面
及び下面の一方の面に第２のプレートを所望の向きに配
置する工程と、電解質プレートを第２のプレートと関連
させる工程と、関連する電解質プレート及び第２のプレ
ートをトリミングして電解質プレート上に複数の非交叉
支持部材を設ける工程とから成る固体酸化物燃料電池用
電解質の製造方法に存する。
【００１６】第２の要旨の好ましい実施態様として、更
に、第３のプレートを提供する工程と、第３のプレート
を介した少なくとも１つの開口部を形成する工程と、第
２のプレートを配置してない電解質プレートの上面また
は下面に第３のプレートを所望の向きに配置する工程
と、電解質プレートを第３のプレートと関連させる工程
とを含み、前記トリミング工程が、更に、電解質プレー
ト両面に複数の非交叉支持部材を設ける工程を含む。こ
の実施態様において、前記第３のプレートの配置工程
が、第２のプレートの少なくとも１つの開口部を第３の
プレートの少なくとも１つの開口部に対し直交させるよ
うに第３のプレートを配置する工程を含むことが好まし
い。
に、第３のプレートを提供する工程と、第３のプレート
を介した少なくとも１つの開口部を形成する工程と、第
２のプレートを配置してない電解質プレートの上面また
は下面に第３のプレートを所望の向きに配置する工程
と、電解質プレートを第３のプレートと関連させる工程
とを含み、前記トリミング工程が、更に、電解質プレー
ト両面に複数の非交叉支持部材を設ける工程を含む。こ
の実施態様において、前記第３のプレートの配置工程
が、第２のプレートの少なくとも１つの開口部を第３の
プレートの少なくとも１つの開口部に対し直交させるよ
うに第３のプレートを配置する工程を含むことが好まし
い。
【００１７】第２の要旨の他の好ましい実施態様とし
て、前記第２及び／又は第３のプレートを介した少なく
とも１つの開口部を形成する工程が、各プレートに実質
的に同一で互いに平行な開口部を形成する工程を含む。
この実施態様において、プレートの配置工程が、第３の
プレートの開口部に対し第２のプレートの開口部を直交
させるように第２、第３のプレートを配置する工程を含
むことが好ましい。
て、前記第２及び／又は第３のプレートを介した少なく
とも１つの開口部を形成する工程が、各プレートに実質
的に同一で互いに平行な開口部を形成する工程を含む。
この実施態様において、プレートの配置工程が、第３の
プレートの開口部に対し第２のプレートの開口部を直交
させるように第２、第３のプレートを配置する工程を含
むことが好ましい。
【００１８】第２の要旨の他の好ましい実施態様とし
て、更に、電解質プレート及び第２のプレートの各々に
位置合わせ孔を形成する工程を含み、前記プレート配置
工程が、更に、電解質プレート及び第２のプレートの各
位置合わせ孔を整合させ、これらプレートを互いに適切
な向きで配置する工程を含む。
て、更に、電解質プレート及び第２のプレートの各々に
位置合わせ孔を形成する工程を含み、前記プレート配置
工程が、更に、電解質プレート及び第２のプレートの各
位置合わせ孔を整合させ、これらプレートを互いに適切
な向きで配置する工程を含む。
【００１９】
【発明の実施の態様】以下本発明を図面を使用して説明
する。本発明は様々な実施態様が可能であるため、本発
明は以下に図示された実施態様や説明に限定されない。
する。本発明は様々な実施態様が可能であるため、本発
明は以下に図示された実施態様や説明に限定されない。
【００２０】図１に外縁トリミング処理後の３層積層構
造を示す本発明の電解質の斜視図を、図２に図１に示す
電解質の種々の支持部材および中央層を示す分解図を示
す。電解質１０は、図１及び２で示すように、電解質プ
レート１１及び電解質プレートの支持手段１２から成
る。電解質プレート１１は、上面２０、下面２２及び外
周縁２４を有する。電解質プレートは従来の電解質材料
から形成でき、好ましくはイットリウム安定ジルコニア
材料から形成される。電解質プレート１１の厚さは特に
限定されないが、通常５０μｍ未満、好ましくは約３０
μｍである。
造を示す本発明の電解質の斜視図を、図２に図１に示す
電解質の種々の支持部材および中央層を示す分解図を示
す。電解質１０は、図１及び２で示すように、電解質プ
レート１１及び電解質プレートの支持手段１２から成
る。電解質プレート１１は、上面２０、下面２２及び外
周縁２４を有する。電解質プレートは従来の電解質材料
から形成でき、好ましくはイットリウム安定ジルコニア
材料から形成される。電解質プレート１１の厚さは特に
限定されないが、通常５０μｍ未満、好ましくは約３０
μｍである。
【００２１】支持手段１２は図１及び２に示すように、
上部支持部材１４から成る非交叉上部支持部材と、下部
支持部材１６から成る非交叉下部支持部材とから成る。
各上部支持部材１４は、電解質プレート１１の上面２０
に積層され、外周縁２４まで延設される。同様に、各下
部支持部材１６は、電解質プレート１１の下面２２に積
層され、外周縁２４まで延設される。ここで「積層」の
用語を使用したが、他の付着又は一体化法を使用しても
よく、例えば、上記支持部材を電解質プレートと一体成
形してもよい。上部および下部支持部材の厚さは特に制
限されないが、電解質プレートより厚いことが好まし
い。
上部支持部材１４から成る非交叉上部支持部材と、下部
支持部材１６から成る非交叉下部支持部材とから成る。
各上部支持部材１４は、電解質プレート１１の上面２０
に積層され、外周縁２４まで延設される。同様に、各下
部支持部材１６は、電解質プレート１１の下面２２に積
層され、外周縁２４まで延設される。ここで「積層」の
用語を使用したが、他の付着又は一体化法を使用しても
よく、例えば、上記支持部材を電解質プレートと一体成
形してもよい。上部および下部支持部材の厚さは特に制
限されないが、電解質プレートより厚いことが好まし
い。
【００２２】各上部及び下部支持部材は、電解質プレー
ト１１と実質的に同一または実質的に適合性を有する材
料から成る。当該材料としては従来公知の材料が使用で
き、イットリウム安定ジルコニア材料から形成するのが
好ましい。上記３部材が重なる領域における積層体の厚
さは特に限定されないが、通常１８０μｍ程度である。
ト１１と実質的に同一または実質的に適合性を有する材
料から成る。当該材料としては従来公知の材料が使用で
き、イットリウム安定ジルコニア材料から形成するのが
好ましい。上記３部材が重なる領域における積層体の厚
さは特に限定されないが、通常１８０μｍ程度である。
【００２３】図１及び２に示す実施態様においては、上
部及び下部支持部材は、同一寸法及び同一形状に形成さ
れる。更に、上部支持部材１４は、それぞれ、互いに平
行に配置されると共に、同様に互いに平行配置された下
部支持部材１６の延設方向に対し直交方向に延設され
る。上部及び下部支持部材は、それぞれ、互いに比較的
近接して配置される結果、各支持部材間には、比較的小
域の非支持部分のみが存在する。非交叉支持部材は電解
質プレート全面に亘って延設されていてもよい。
部及び下部支持部材は、同一寸法及び同一形状に形成さ
れる。更に、上部支持部材１４は、それぞれ、互いに平
行に配置されると共に、同様に互いに平行配置された下
部支持部材１６の延設方向に対し直交方向に延設され
る。上部及び下部支持部材は、それぞれ、互いに比較的
近接して配置される結果、各支持部材間には、比較的小
域の非支持部分のみが存在する。非交叉支持部材は電解
質プレート全面に亘って延設されていてもよい。
【００２４】図３に本発明に係わる電解質の他の実施態
様を示す斜視図を、図４に本発明に係わる電解質の更に
他の実施態様を示す斜視図を示す。支持部材に関する構
造は、図時されている寸法、形状及び／又は間隔に限定
されるものではない。特に、図３の実施態様で示すよう
に、非交叉支持部材は電解質プレートの上面及び下面の
いずれか一方のみに設けられてもよい。更に、上部およ
び下部支持部材の両方を設ける場合、両部材が同一であ
る必要はなく、また特定の均一間隔で配置する必要もな
い。更に、各非交叉支持部材の形状及びサイズを変更し
てもよい。例えば、図４の他の実施態様で示すように、
上部支持部材１１４は互いに平行配置された非交叉正弦
波形状を有していてもよい。後述の製造方法において述
べるように、本発明の非交叉支持部材の使用によって、
ＳＯＦＣの経済的製造が可能となるとともに、ＳＯＦＣ
に機械強度及び他の有用な特性を付与することができ
る。
様を示す斜視図を、図４に本発明に係わる電解質の更に
他の実施態様を示す斜視図を示す。支持部材に関する構
造は、図時されている寸法、形状及び／又は間隔に限定
されるものではない。特に、図３の実施態様で示すよう
に、非交叉支持部材は電解質プレートの上面及び下面の
いずれか一方のみに設けられてもよい。更に、上部およ
び下部支持部材の両方を設ける場合、両部材が同一であ
る必要はなく、また特定の均一間隔で配置する必要もな
い。更に、各非交叉支持部材の形状及びサイズを変更し
てもよい。例えば、図４の他の実施態様で示すように、
上部支持部材１１４は互いに平行配置された非交叉正弦
波形状を有していてもよい。後述の製造方法において述
べるように、本発明の非交叉支持部材の使用によって、
ＳＯＦＣの経済的製造が可能となるとともに、ＳＯＦＣ
に機械強度及び他の有用な特性を付与することができ
る。
【００２５】図５に本発明に係わる電解質から成る３層
積層構造を示す斜視図を、図６に積層後の３層積層構造
を示す斜視図を示す。電解質の製造に際しては、図５に
示すように、先ず、３つのプレート２００、２０１及び
２０２を形成する。プレート２０１は、電解質プレート
１１に対応し、プレート２００及び２０２は、それぞ
れ、上部支持部材１４及び下部支持部材１６に対応す
る。プレート２００、２０１及び２０２はいずれも、積
層テープ法、特にロールエンボステープ法等の種々の方
法によって形成することができる。プレート形成後、位
置合わせ孔２１２等の位置合わせ開口部を、各プレート
の四隅に穿設する。位置合わせ孔によって、積層前に、
各プレートを適切な位置で容易に相互配置することがで
きる。位置合わせ孔の穿設と同時に、開口部２３０、２
３１及び２３２を、プレート２００に形成する。同様の
開口部２３３、２３４及び２３５を、プレート２０２
に、切設又は穿設する。これら開口部は、位置合わせ孔
の形成前又は形成後のいずれに設けられてもよい。
積層構造を示す斜視図を、図６に積層後の３層積層構造
を示す斜視図を示す。電解質の製造に際しては、図５に
示すように、先ず、３つのプレート２００、２０１及び
２０２を形成する。プレート２０１は、電解質プレート
１１に対応し、プレート２００及び２０２は、それぞ
れ、上部支持部材１４及び下部支持部材１６に対応す
る。プレート２００、２０１及び２０２はいずれも、積
層テープ法、特にロールエンボステープ法等の種々の方
法によって形成することができる。プレート形成後、位
置合わせ孔２１２等の位置合わせ開口部を、各プレート
の四隅に穿設する。位置合わせ孔によって、積層前に、
各プレートを適切な位置で容易に相互配置することがで
きる。位置合わせ孔の穿設と同時に、開口部２３０、２
３１及び２３２を、プレート２００に形成する。同様の
開口部２３３、２３４及び２３５を、プレート２０２
に、切設又は穿設する。これら開口部は、位置合わせ孔
の形成前又は形成後のいずれに設けられてもよい。
【００２６】各プレート及び所望の開口部を、図５に示
すように適切に寸法取り及び形状取りした後、これらプ
レートを層状に重ね合わせて、プレート２０１をプレー
ト２００及び２０２間に挟持する。次いで、位置合わせ
孔２１１を使用して、各プレートを整合させ、適切な方
向に配置する。所望の向きに配置した後、３つのプレー
トを、種々の積層技術を使用して互いに積層し、一体化
された電解質前駆材料を形成する。積層後、外周縁をト
リミングして位置合わせ孔を取り除き、電解質を所望の
寸法として図１に示す外周端２４を形成する。
すように適切に寸法取り及び形状取りした後、これらプ
レートを層状に重ね合わせて、プレート２０１をプレー
ト２００及び２０２間に挟持する。次いで、位置合わせ
孔２１１を使用して、各プレートを整合させ、適切な方
向に配置する。所望の向きに配置した後、３つのプレー
トを、種々の積層技術を使用して互いに積層し、一体化
された電解質前駆材料を形成する。積層後、外周縁をト
リミングして位置合わせ孔を取り除き、電解質を所望の
寸法として図１に示す外周端２４を形成する。
【００２７】ＳＯＦＣ内での使用に際しては、上記支持
部材を設けたため、電極は電解質の主たる支持体として
機能する必要がない。このため、電極材料の支持性と相
容れない酸素ポテンシャルによって悪影響を受けること
なく、電解質を支持することができる。更に、上記支持
部材に基因して、焼結済み電解質に電解質と共に使用す
る電極（図示せず）を付着させてもよく、また未加工電
解質と共焼成することもできる。このように、電極を電
解質と共焼成するかまたは焼結済み電解質に付着させる
ことによって、電解質の更なる支持構造が電極によって
提供される。
部材を設けたため、電極は電解質の主たる支持体として
機能する必要がない。このため、電極材料の支持性と相
容れない酸素ポテンシャルによって悪影響を受けること
なく、電解質を支持することができる。更に、上記支持
部材に基因して、焼結済み電解質に電解質と共に使用す
る電極（図示せず）を付着させてもよく、また未加工電
解質と共焼成することもできる。このように、電極を電
解質と共焼成するかまたは焼結済み電解質に付着させる
ことによって、電解質の更なる支持構造が電極によって
提供される。
【００２８】電池の作動において、上記電解質は好適に
作用する。特に、プレート全体が活性化され、各領域の
性能は、電解質の局部厚に対応して決まる。例えば、１
８０μｍ厚の最厚域（上下の支持部材が重なる部分）と
３０μｍ厚の最薄域を有する電解質の場合、当該最薄域
は、全体に均一な１８０μｍ厚を有する従来の電解質に
対し、６倍性能が高く、その１８０μｍ厚の最厚域は、
１８０μｍ均一厚を有する従来の電解質と同等な性能を
有する。従って、面積平均性能を評価すると、上記厚み
領域を有する本発明の電解質は、１８０μｍ均一厚を有
する従来の電解質に比して、性能が、３．５倍高くな
る。従来技術においてこのような性能を得るためには、
５０μｍ均一厚を有する電解質を使用する必要があっ
た。しかしながら、大型で積層型の電池においてこのよ
うな薄層電解質は機械的支持性が達成されないため、使
用することが困難（不可能ではないが）であった。本発
明の電解質は前述の剛性電解質構造を有するため、上記
問題点を解決でき、大型で積層型の電池用の電解質とし
て好適に使用できる。更に前述に説明したように、本発
明の電解質の製造方法は容易であり、生産性を損なうこ
となく、コストを低減することが可能である。
作用する。特に、プレート全体が活性化され、各領域の
性能は、電解質の局部厚に対応して決まる。例えば、１
８０μｍ厚の最厚域（上下の支持部材が重なる部分）と
３０μｍ厚の最薄域を有する電解質の場合、当該最薄域
は、全体に均一な１８０μｍ厚を有する従来の電解質に
対し、６倍性能が高く、その１８０μｍ厚の最厚域は、
１８０μｍ均一厚を有する従来の電解質と同等な性能を
有する。従って、面積平均性能を評価すると、上記厚み
領域を有する本発明の電解質は、１８０μｍ均一厚を有
する従来の電解質に比して、性能が、３．５倍高くな
る。従来技術においてこのような性能を得るためには、
５０μｍ均一厚を有する電解質を使用する必要があっ
た。しかしながら、大型で積層型の電池においてこのよ
うな薄層電解質は機械的支持性が達成されないため、使
用することが困難（不可能ではないが）であった。本発
明の電解質は前述の剛性電解質構造を有するため、上記
問題点を解決でき、大型で積層型の電池用の電解質とし
て好適に使用できる。更に前述に説明したように、本発
明の電解質の製造方法は容易であり、生産性を損なうこ
となく、コストを低減することが可能である。
【００２９】上記の記載と図面は、単に発明の例示であ
り、本発明はその要旨を逸脱することなく、種々の修正
と変更を行なうことが可能である。
り、本発明はその要旨を逸脱することなく、種々の修正
と変更を行なうことが可能である。
【００３０】
【発明の効果】本発明の固体酸化物燃料電池用電解質は
電解質の支持性および剛性が高められており、電極機能
に関する機械的、化学的及び微細構造的要件を満たし、
製造が容易で安価であるため、その工業的価値は高い。
電解質の支持性および剛性が高められており、電極機能
に関する機械的、化学的及び微細構造的要件を満たし、
製造が容易で安価であるため、その工業的価値は高い。
【図１】外縁トリミング処理後の３層積層構造を示す本
発明の電解質の斜視図
発明の電解質の斜視図
【図２】図１に示す電解質の種々の支持部材および中央
層を示す分解図
層を示す分解図
【図３】本発明に係わる電解質の他の実施態様を示す斜
視図
視図
【図４】本発明に係わる電解質の更に他の実施態様を示
す斜視図
す斜視図
【図５】本発明に係わる電解質から成る３層積層構造を
示す斜視図
示す斜視図
【図６】積層後の３層積層構造を示す斜視図
１０：電解質 １１：電解質プレート １２：支持手段 １４：上部支持部材 １６：下部支持部材 ２０：電解質プレートの上面 ２２：電解質プレートの下面 ２４：電解質プレートの外周縁 １１４：上部支持部材 ２００：プレート ２０１：プレート ２０２：プレート ２１１：位置合わせ孔 ２３０：開口部 ２３１：開口部 ２３２：開口部 ２３３：開口部 ２３４：開口部 ２３５：開口部
フロントページの続き (72)発明者 シンガラヴェル エランゴヴァン アメリカ合衆国 ユタ州 84094 サンデ ィー サウスドライクリークロード 11562 (72)発明者 ロバート フィリップ メリル アメリカ合衆国 ユタ州 84057 オレム 1918 Ｎ． 90 Ｗ. (72)発明者 アショック チャンドラシエクハー カン ドカー アメリカ合衆国 ユタ州 84109 ソルト レークシティー エス レイクラインドラ イブ 2116
Claims (16)
- 【請求項１】 上面及び下面を有する電解質プレートと
当該電解質プレートを支持する支持手段とから成り、上
記支持手段が、電解質プレートの上面及び下面の少なく
とも一方に配置される複数の非交叉支持部材から成るこ
とを特徴とする固体酸化物燃料電池用電解質。 - 【請求項２】 前記支持手段が、電解質プレートの上面
及び下面の両方に配置される複数の非交叉支持部材から
成る請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用電解質。 - 【請求項３】 電解質プレート上面に配置された非交叉
支持部材が、電解質プレート下面に配置された非交叉支
持部材に対し直交方向に延設されている請求項１又は２
に記載の固体酸化物燃料電池用電解質。 - 【請求項４】 非交叉支持部材が実質的に同一の幾何形
状を有する請求項１〜３の何れかに記載の固体酸化物燃
料電池用電解質。 - 【請求項５】 非交叉支持部材が実質的に矩形状である
請求項１〜４の何れかに記載の固体酸化物燃料電池用電
解質。 - 【請求項６】 非交叉支持部材が実質的に正弦波形状で
ある請求項１〜４の何れかに記載の固体酸化物燃料電池
用電解質。 - 【請求項７】 非交叉支持部材が電解質プレートより大
きい厚さを有する請求項１〜６の何れかに記載の固体酸
化物燃料電池用電解質。 - 【請求項８】 非交叉支持部材が電解質プレート全面に
亘って延設されている請求項１〜７の何れかに記載の固
体酸化物燃料電池用電解質。 - 【請求項９】 電解質プレート及び非交叉支持部材が安
定ジルコニアから成る請求項１〜８の何れかに記載の固
体酸化物燃料電池用電解質。 - 【請求項１０】 上面及び下面を有する電解質プレート
を提供する工程と、第２のプレートを提供する工程と、
第２のプレートを介した少なくとも１つの開口部を形成
する工程と、電解質プレートの上面及び下面の一方の面
に第２のプレートを所望の向きに配置する工程と、電解
質プレートを第２のプレートと関連させる工程と、関連
する電解質プレート及び第２のプレートをトリミングし
て電解質プレート上に複数の非交叉支持部材を設ける工
程とから成る固体酸化物燃料電池用電解質の製造方法。 - 【請求項１１】 更に、第３のプレートを提供する工程
と、第３のプレートを介した少なくとも１つの開口部を
形成する工程と、第２のプレートを配置してない電解質
プレートの上面または下面に第３のプレートを所望の向
きに配置する工程と、電解質プレートを第３のプレート
と関連させる工程とを含み、前記トリミング工程が、更
に、電解質プレート両面に複数の非交叉支持部材を設け
る工程を含む請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記第３のプレートの配置工程が、第
２のプレートの少なくとも１つの開口部を第３のプレー
トの少なくとも１つの開口部に対し直交させるように第
３のプレートを配置する工程を含む請求項１１に記載の
方法。 - 【請求項１３】 前記第２のプレートを介した少なくと
も１つの開口部を形成する工程が、少なくとも２つの実
質的に同一で互いに平行な開口部を形成する工程を含む
請求項１１又は１２に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記第２のプレートを介した少なくと
も１つの開口部を形成する工程が、少なくとも２つの実
質的に同一で互いに平行な開口部を形成する工程を含
み、前記第３のプレートを介した少なくとも１つの開口
部を形成する工程が、第２のプレートの開口部と実質的
に対応して設けられた少なくとも２つの実質的に同一で
互いに平行な開口部を形成する工程を含み、前記第３の
プレートの配置工程が、第３のプレートの開口部に対し
第２のプレートの開口部を直交させるように第３のプレ
ートを配置する工程を含む請求項１１〜１３の何れかに
記載の方法。 - 【請求項１５】 第２及び第３のプレートの各々の開口
部が実質的に矩形状であることを特徴とする請求項１１
〜１４の何れかに記載の方法。 - 【請求項１６】 更に、電解質プレート及び第２のプレ
ートの各々に位置合わせ孔を形成する工程を含み、前記
配置工程が、更に、電解質プレート及び第２のプレート
の各位置合わせ孔を整合させ、これらプレートを互いに
適切な向きで配置する工程を含む請求項１０〜１５の何
れかに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/176032 | 1998-10-21 | ||
| US09/176,032 US6224993B1 (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Electrolyte for solid oxide fuel cells |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000133284A true JP2000133284A (ja) | 2000-05-12 |
| JP3343337B2 JP3343337B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=22642700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29250199A Expired - Fee Related JP3343337B2 (ja) | 1998-10-21 | 1999-10-14 | 固体酸化物燃料電池用電解質 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6224993B1 (ja) |
| EP (1) | EP0996186B1 (ja) |
| JP (1) | JP3343337B2 (ja) |
| DE (1) | DE69936031T2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008538449A (ja) * | 2005-04-19 | 2008-10-23 | ネクステック、マテリアルズ、リミテッド | 自己支持型セラミックメンブランならびにこれを包含する電気化学的電池および電気化学的電池積重構造 |
| JP2012003893A (ja) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| JP2012084401A (ja) * | 2010-10-12 | 2012-04-26 | Korea Inst Of Ceramic Engineering & Technology | 固体電解質型燃料電池、及びその製造方法 |
| KR101174407B1 (ko) * | 2009-09-09 | 2012-08-16 | 한국세라믹기술원 | 고체전해질 연료전지의 제조방법 |
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|---|---|---|---|---|
| US6833212B2 (en) * | 2002-03-29 | 2004-12-21 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Electrolyte for a fuel cell |
| JP4682511B2 (ja) * | 2003-12-02 | 2011-05-11 | 日産自動車株式会社 | 固体酸化物型燃料電池 |
| US7344793B2 (en) * | 2004-03-01 | 2008-03-18 | Utc Power Corporation | Reinforcement structures for electrolyte-supported solid oxide fuel cell |
| US8623301B1 (en) | 2008-04-09 | 2014-01-07 | C3 International, Llc | Solid oxide fuel cells, electrolyzers, and sensors, and methods of making and using the same |
| US20130146469A1 (en) | 2010-02-10 | 2013-06-13 | Ut-Battelle, Llc | Low Temperature Electrolytes for Solid Oxide Cells Having High Ionic Conductivity |
| WO2015009618A1 (en) | 2013-07-15 | 2015-01-22 | Fcet, Llc | Low temperature solid oxide cells |
| US10347930B2 (en) | 2015-03-24 | 2019-07-09 | Bloom Energy Corporation | Perimeter electrolyte reinforcement layer composition for solid oxide fuel cell electrolytes |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4396480A (en) | 1982-02-02 | 1983-08-02 | W. R. Grace & Co. | Solid electrolyte sheet |
| US4857420A (en) | 1987-10-13 | 1989-08-15 | International Fuel Cell Corporation | Method of making monolithic solid oxide fuel cell stack |
| JPH01128359A (ja) | 1987-11-11 | 1989-05-22 | Jgc Corp | 固体電解質型燃料電池 |
| US4950562A (en) * | 1988-04-21 | 1990-08-21 | Toa Nenryo Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid electrolyte type fuel cells |
| GB2219125B (en) * | 1988-05-27 | 1991-03-06 | English Electric Co Ltd | Fuel cell |
| US4910100A (en) * | 1989-07-21 | 1990-03-20 | Fuji Electric Co., Ltd. | Solid electrolyte fuel cell |
| JP2528987B2 (ja) * | 1990-02-15 | 1996-08-28 | 日本碍子株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
| US5162167A (en) | 1990-09-11 | 1992-11-10 | Allied-Signal Inc. | Apparatus and method of fabricating a monolithic solid oxide fuel cell |
| CH679620A5 (ja) * | 1990-12-11 | 1992-03-13 | Sulzer Ag | |
| JP2945157B2 (ja) | 1991-03-27 | 1999-09-06 | 日本碍子株式会社 | 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 |
| US5547777A (en) * | 1994-02-23 | 1996-08-20 | Richards Engineering | Fuel cell having uniform compressive stress distribution over active area |
-
1998
- 1998-10-21 US US09/176,032 patent/US6224993B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-10-14 JP JP29250199A patent/JP3343337B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-10-19 DE DE69936031T patent/DE69936031T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-10-19 EP EP99308247A patent/EP0996186B1/en not_active Expired - Lifetime
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| KR101174407B1 (ko) * | 2009-09-09 | 2012-08-16 | 한국세라믹기술원 | 고체전해질 연료전지의 제조방법 |
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| JP3343337B2 (ja) | 2002-11-11 |
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| US6224993B1 (en) | 2001-05-01 |
| EP0996186A3 (en) | 2003-09-17 |
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