JP2002050370A - Current collector - Google Patents

Current collector

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JP2002050370A
JP2002050370A JP2000234009A JP2000234009A JP2002050370A JP 2002050370 A JP2002050370 A JP 2002050370A JP 2000234009 A JP2000234009 A JP 2000234009A JP 2000234009 A JP2000234009 A JP 2000234009A JP 2002050370 A JP2002050370 A JP 2002050370A
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JP
Japan
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current collector
fuel cell
porous
based alloy
solid oxide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000234009A
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Japanese (ja)
Inventor
Jun Akikusa
順 秋草
Yoshitaka Tamao
良孝 玉生
Masahiro Wada
正弘 和田
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air pole current collector of a solid electrolyte fuel cell. SOLUTION: The current collector is made of a porous Ni group alloy which contains in mass % Cr: 13-45% and as necessary Fe: 1-38%, and as necessary one or two or more kinds out of W: 0.1-20%, Mo: 0.1-10%, Nb: 0.1-4%, Ta: 0.1-4%, Co: 0.1-10%, and as necessary one or two or more kinds out of Al: 0.1-10%, Si: 0.01-3%, and Ti: 0.01-3%, and further as necessary one or two or more kinds out of La: 0.001-0.05%, Y: 0.001-0.05%, Zr: 0.001-0.2%, and the content of C and Mn is defined respectively as C: 0.15% or less and Mn: 2% or less and the rest is composed of Ni and unavoidable impurity, and which has a total porosity of 70-97%.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質型燃料電
池の集電体、特に固体電解質型燃料電池の空気極集電体
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current collector for a solid oxide fuel cell, and more particularly to a cathode current collector for a solid oxide fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、固体電解質型燃料電池は、10
00℃という高い温度で作動するために燃料が持ってい
る化学エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換する
ことができ、さらに廃熱を利用することができるところ
から、省資源および環境問題の観点からも注目されてい
る。この固体電解質型燃料電池は図2の断面概略図に示
される積層構造を有する。図2において、1は空気極集
電体、2は空気極、3は固体電解質、4はセパレータ、
5は燃料極、6は燃料極集電体、7は水素が通る溝、8
は空気が通る溝である。固体電解質3の片面に空気極2
を積層させ、他方の片面に燃料極5を形成することによ
りセル9を構成する。
2. Description of the Related Art Generally, a solid oxide fuel cell has a capacity of 10%.
Since it operates at a high temperature of 00 ° C, it can efficiently convert the chemical energy of the fuel into electric energy, and can use waste heat, and also from the viewpoint of resource saving and environmental issues. Attention has been paid. This solid oxide fuel cell has a laminated structure shown in the schematic sectional view of FIG. In FIG. 2, 1 is an air electrode current collector, 2 is an air electrode, 3 is a solid electrolyte, 4 is a separator,
5 is an anode, 6 is an anode current collector, 7 is a groove through which hydrogen passes, 8
Is a groove through which air passes. Air electrode 2 on one side of solid electrolyte 3
Are stacked, and the fuel electrode 5 is formed on the other surface to form the cell 9.

【0003】前記固体電解質3は一般にイットリアで安
定化したジルコニア(以下、YSZという)で構成され
ているが、近年、Ln1-xxGa1-y-z123(但
し、Ln=La、Ce、Pr、Nd、Smの1種または
2種以上、A=Sr、Ca、Baの1種または2種以
上、B1=Mg、Al、Inの1種または2種以上、B2
=Co、Fe、Ni、Cuの1種または2種以上、x=
0.05〜0.3、y=0〜0.29、z=0.01〜
0.3、y+z=0.025〜0.3)で示される酸化
物などが使用されている。さらにセパレータ4はランタ
ンクロマイト(LaCrO3)からなる緻密なセラミッ
クスで構成されており、空気極2は(Sm、Sr)Co
3、(La、Sr)MnO3などのセラミックスで構成
されており、燃料極5はNi/YSZサーメット、Ni
/(Ce、Sm)O2サーメットなどで構成されてい
る。そして空気極集電体1は白金メッシュで構成されて
おり、燃料極集電体6はNiメッシュで構成されてい
る。
The solid electrolyte 3 is generally composed of zirconia stabilized with yttria (hereinafter referred to as YSZ). In recent years, however, Ln 1-x A x Ga 1-yz B 1 B 2 O 3 (where Ln = One or more of La, Ce, Pr, Nd, Sm, A = one or more of Sr, Ca, Ba, B 1 = one or more of Mg, Al, In, B Two
= One or more of Co, Fe, Ni, Cu, x =
0.05-0.3, y = 0-0.29, z = 0.01-
0.3, y + z = 0.025 to 0.3) or the like is used. Further, the separator 4 is made of a dense ceramic made of lanthanum chromite (LaCrO 3 ), and the air electrode 2 is made of (Sm, Sr) Co.
O 3 , (La, Sr) MnO 3, etc., and the fuel electrode 5 is made of Ni / YSZ cermet, Ni
/ (Ce, Sm) O 2 cermet or the like. The cathode current collector 1 is made of a platinum mesh, and the anode current collector 6 is made of a Ni mesh.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】固体電解質燃料電池に
おいて、小型の実験室レベルの燃料電池では空気極集電
体として白金メッシュが使用されているが、実用レベル
の大きさの燃料電池になると白金は集電性に優れてはい
るものの高価であるために使用できず、ランタンクロマ
イトのセパレータに溝を彫って空気極集電体として使用
していた。かかる背景から、実用レベルの大きさの燃料
電池に使用できる白金メッシュに代わる安価な高温強
度、耐熱性および耐酸化性の優れた材料が求められてい
た。
In a solid electrolyte fuel cell, a platinum mesh is used as a cathode current collector in a small laboratory fuel cell. However, in a fuel cell of a practical size, platinum mesh is used. Although it is excellent in current collecting properties, it cannot be used because it is expensive, and was used as an air electrode current collector by engraving a groove in a lanthanum chromite separator. From such a background, there has been a demand for a material that is inexpensive and has excellent high-temperature strength, heat resistance, and oxidation resistance, which can be used instead of a platinum mesh that can be used for a fuel cell having a practical size.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、Ni基合金が高温強度、耐熱性
および耐酸化性に優れているとの認識にもとに、各種N
i基合金により集電体を作製し、この集電体を固体電解
質型燃料電池に空気極集電体として組み込んで試験研究
を行った。その結果、固体電解質型燃料電池の集電体
を、質量%で(以下、%は質量%を示す)、(1)C
r:13〜45%を含有し、残りがNiおよび不可避不
純物からなる組成を有するNi基合金、(2)Cr:1
3〜45%、Fe:1〜38%を含有し、残りがNiお
よび不可避不純物からなる組成を有するNi基合金、
(3)Cr:13〜45%を含有し、さらに、W:0.
1〜20%、Mo:0.1〜10%、Nb:0.1〜4
%、Ta:0.1〜4%、Co:0.1〜10%、の内
の1種または2種以上を含有し、残りがNiおよび不可
避不純物からなる組成を有するNi基合金、(4)C
r:13〜45%、Fe:1〜38%を含有し、さらに
W:0.1〜20%、Mo:0.1〜10%、Nb:
0.1〜4%、Ta:0.1〜4%、Co:0.1〜1
0%の内の1種または2種以上を含有し、残りがNiお
よび不可避不純物からなる組成を有するNi基合金、
(5)Cr:13〜45%を含有し、さらに、Al:
0.1〜10%、Si:0.01〜3%、Ti:0.0
1〜3%の内の1種または2種以上を含有し、残りがN
iおよび不可避不純物からなる組成を有するNi基合
金、(6)Cr:13〜45%、Fe:1〜38%を含
有し、さらに、Al:0.1〜10%、Si:0.01
〜3%、Ti:0.01〜3%の内の1種または2種以
上を含有し、残りがNiおよび不可避不純物からなる組
成を有するNi基合金、(7)Cr:13〜45%を含
有し、さらに、W:0.1〜20%、Mo:0.1〜1
0%、Nb:0.1〜4%、Ta:0.1〜4%、C
o:0.1〜10%、の内の1種または2種以上を含有
し、さらに、Al:0.1〜10%、Si:0.01〜
3%、Ti:0.01〜3%の内の1種または2種以上
を含有し、残りがNiおよび不可避不純物からなる組成
を有するNi基合金、(8)Cr:13〜45%、F
e:1〜38%を含有し、さらにW:0.1〜20%、
Mo:0.1〜10%、Nb:0.1〜4%、Ta:
0.1〜4%、Co:0.1〜10%の内の1種または
2種以上を含有し、さらに、Al:0.1〜10%、S
i:0.01〜3%、Ti:0.01〜3%の内の1種
または2種以上を含有し、残りがNiおよび不可避不純
物からなる組成を有するNi基合金、(9)さらに、前
記(1)〜(8)に記載のいずれかのNi基合金に、さ
らにLa:0.001〜0.05%、Y:0.001〜
0.05%、Zr:0.001〜0.2%の内の1種ま
たは2種以上を含有する組成を有するNi基合金、は固
体電解質型燃料電池の作動温度領域である1000℃前
後の大気雰囲気中で最も耐食性に優れ、この成分組成を
有するNi基合金粉末を燒結して得られた全体気孔率:
70〜97%を有する多孔質Ni基合金で作製した空気
極集電体は、白金メッシュからなる空気極集電体とほぼ
同等またはそれ以上の優れた効果を示す、(10)前記
(1)〜(9)記載のNi基合金に含まれるCおよびM
nの含有量をそれぞれC:0.15%以下、Mn:2%
以下に規定することが一層好ましい、という研究結果が
得られたのである。
Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have
From the viewpoints described above, based on the recognition that Ni-based alloys have excellent high-temperature strength, heat resistance, and oxidation resistance, various N
A current collector was prepared from an i-based alloy, and this current collector was incorporated into a solid oxide fuel cell as an air electrode current collector to conduct a test study. As a result, the current collector of the solid oxide fuel cell was measured by mass% (hereinafter,% indicates mass%), and (1) C
r: a Ni-based alloy containing 13 to 45% and a balance of Ni and unavoidable impurities, (2) Cr: 1
A Ni-based alloy having a composition of 3 to 45% and Fe: 1 to 38%, with the balance being Ni and unavoidable impurities;
(3) Cr: 13-45%, and W: 0.
1 to 20%, Mo: 0.1 to 10%, Nb: 0.1 to 4
%, Ta: 0.1 to 4%, and Co: 0.1 to 10%, and a Ni-based alloy having a composition consisting of Ni and inevitable impurities, with the balance being (4) ) C
r: 13 to 45%, Fe: 1 to 38%, W: 0.1 to 20%, Mo: 0.1 to 10%, Nb:
0.1-4%, Ta: 0.1-4%, Co: 0.1-1
A Ni-based alloy containing one or more of 0% and a balance of Ni and unavoidable impurities,
(5) Cr: 13 to 45% is contained, and further, Al:
0.1 to 10%, Si: 0.01 to 3%, Ti: 0.0
One or more of 1 to 3%, and the remainder is N
(6) Cr: 13 to 45%, Fe: 1 to 38%, Al: 0.1 to 10%, Si: 0.01
(3) Cr: 13 to 45%, a Ni-based alloy containing one or two or more of Ti: 0.01 to 3% and a balance of Ni and unavoidable impurities. W: 0.1 to 20%, Mo: 0.1 to 1
0%, Nb: 0.1 to 4%, Ta: 0.1 to 4%, C
o: 0.1 to 10%, one or more of the following: Al: 0.1 to 10%, Si: 0.01 to
Ni-based alloy containing 3%, one or more of Ti: 0.01 to 3%, and the balance having Ni and unavoidable impurities, (8) Cr: 13 to 45%, F
e: 1 to 38%, W: 0.1 to 20%,
Mo: 0.1 to 10%, Nb: 0.1 to 4%, Ta:
0.1 to 4%, Co: 0.1 to 10%, one or more of which are contained. Further, Al: 0.1 to 10%, S:
i: 0.01 to 3%, Ti: 0.01 to 3%, a Ni-based alloy containing one or two or more of the following components, the balance being composed of Ni and unavoidable impurities, (9) La: 0.001 to 0.05%, Y: 0.001 to Ni-base alloy according to any one of the above (1) to (8)
A Ni-based alloy having a composition containing one or more of 0.05% and Zr: 0.001 to 0.2% is used at a temperature around 1000 ° C. which is an operating temperature range of a solid oxide fuel cell. Total porosity obtained by sintering a Ni-based alloy powder having the most excellent corrosion resistance in an air atmosphere and having this component composition:
The air electrode current collector made of a porous Ni-based alloy having 70 to 97% exhibits almost the same or better effect as the air electrode current collector made of platinum mesh. (10) The above (1) And M contained in the Ni-base alloy according to any one of (1) to (9).
n content of C: 0.15% or less, Mn: 2%
Research results have shown that it is more preferable to define the following.

【0006】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、この発明の集電体を構成する多孔
質Ni基合金は、骨格部分(以下、スケルトンという)
および気孔からなるスポンジ構造を有している。この発
明の集電体を構成する多孔質Ni基合金はスケルトンに
も微細な気孔が存在するがスケルトンにおける微細な気
孔は無くてもよい。スケルトンに気孔が存在する場合は
全体の10%未満であることが好ましく、10%以上の
気孔率をもつと集電体としての強度が低下するので好ま
しくない。
The present invention has been made based on the above research results, and the porous Ni-based alloy constituting the current collector of the present invention has a skeleton (hereinafter referred to as a skeleton).
And a sponge structure comprising pores. In the porous Ni-based alloy constituting the current collector of the present invention, fine pores exist in the skeleton, but fine pores in the skeleton may not be present. If the skeleton has pores, it is preferably less than 10% of the whole, and if the porosity is 10% or more, the strength as a current collector is undesirably reduced.

【0007】次に、この発明の集電体を構成する多孔質
Ni基合金の成分組成および気孔率を上述のごとく限定
した理由を説明する。 (イ)成分組成 (a) Cr Crは、高温における耐食性および強度を向上させる作
用があるので添加するが、その含有量が13%未満では
高温における十分な耐食性および強度を確保することが
できないところから、空気極集電体としての効果が得ら
れず、一方、Cr含有量が45%を越えると、粉末の燒
結性が低下し、スケルトンの気孔率が大きくなるので好
ましくない。したがって、Cr含有量を13〜45%に
定めた。Cr含有量の一層好ましい範囲は15〜25%
であり、さらに一層好ましい範囲は15〜20%であ
る。
Next, the reason why the component composition and the porosity of the porous Ni-based alloy constituting the current collector of the present invention are limited as described above will be described. (A) Component composition (a) Cr Cr is added because it has an effect of improving corrosion resistance and strength at high temperatures, but if its content is less than 13%, sufficient corrosion resistance and strength at high temperatures cannot be secured. Therefore, the effect as an air electrode current collector cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content exceeds 45%, the sinterability of the powder decreases and the porosity of the skeleton increases, which is not preferable. Therefore, the Cr content is set to 13 to 45%. A more preferable range of the Cr content is 15 to 25%.
And an even more preferred range is 15 to 20%.

【0008】(b) Fe Feは、高温強度を向上させる作用があるが、その含有
量が1%未満になると所望のすぐれた高温強度を確保す
ることができないので空気極集電体としての多孔質性を
確保することができないので好ましくなく、一方、Fe
含有量が38%を越えると、高温耐酸化性が極端に悪く
なるので空気極集電体の材料としては好ましくない。し
たがってFeの含有量を1〜38%と定めた。Fe含有
量の一層好ましい範囲は1.5〜20%であり、さらに
一層好ましい範囲は1.5〜10%である。
(B) Fe Fe has the effect of improving the high-temperature strength, but if its content is less than 1%, it is not possible to secure a desired high-temperature strength, so that the porous material as the air electrode current collector cannot be obtained. It is not preferable because the quality cannot be ensured.
If the content exceeds 38%, the high-temperature oxidation resistance is extremely deteriorated, so that it is not preferable as a material for the air electrode current collector. Therefore, the content of Fe was determined to be 1 to 38%. A more preferred range for the Fe content is 1.5-20%, and an even more preferred range is 1.5-10%.

【0009】(c)W,Mo,Nb,Ta,Co これら成分は、いずれも素地に固溶して、高温強度を向
上させるために添加するが、W:0.1%未満、Mo:
0.1%未満、Nb:0.1%未満,Ta:0.1%未
満,Co:0.1%未満では所望の効果が得られず、一
方、Wが20%を越え、Moが10%を越え、Nbが4
%を越え、Taが4%を越え,Coが10%を越えると
脆い金属間化合物が析出して延性、弾性および加工性が
低下するようになることから、その含有量をW:0.1
〜20%、Mo:0.1〜10%、Nb:0.1〜4
%,Ta:0.1〜4%、Co:0.1〜10%と定め
た。これら成分の一層好ましい範囲はW:12〜18
%、Mo:1〜4%、Nb:1〜4%,Ta:1〜4
%、Co:1〜4%である。
(C) W, Mo, Nb, Ta, Co All of these components are dissolved in the base material and added to improve the high-temperature strength, but W: less than 0.1%, Mo:
If the content is less than 0.1%, Nb: less than 0.1%, Ta: less than 0.1%, and Co: less than 0.1%, the desired effects cannot be obtained, while W exceeds 20% and Mo is 10%. %, Nb is 4
%, More than 4%, and more than 10% of Co, a brittle intermetallic compound is precipitated and the ductility, elasticity and workability are reduced.
-20%, Mo: 0.1-10%, Nb: 0.1-4
%, Ta: 0.1 to 4%, and Co: 0.1 to 10%. A more preferred range for these components is W: 12-18.
%, Mo: 1 to 4%, Nb: 1 to 4%, Ta: 1 to 4
%, Co: 1 to 4%.

【0010】(d) Al、Si、Ti これら成分は、緻密な酸化皮膜を形成し、高温における
耐食性を向上させる作用があるので添加するが、Al:
1%未満、Si:0.01%未満、Ti:0.01%未
満では所望の効果が得られず、一方、Alが10%を越
え、Siが3%を越え、Tiが3%を越えると延性、弾
性および加工性が低下するようになることから、その含
有量をAl:0.1〜10%、Si:0.01〜3%、
Ti:0.01〜3%と定めた。Al含有量の一層好ま
しい範囲は0.3〜5%であり、Si含有量の一層好ま
しい範囲は0.01〜1%であり、Ti含有量の一層好
ましい範囲は0.01〜1%である。
(D) Al, Si, Ti These components are added because they form a dense oxide film and have an effect of improving corrosion resistance at high temperatures.
If it is less than 1%, Si: less than 0.01%, and Ti: less than 0.01%, the desired effects cannot be obtained, while Al exceeds 10%, Si exceeds 3%, and Ti exceeds 3%. And the ductility, elasticity and workability are reduced, so that the content is set to Al: 0.1 to 10%, Si: 0.01 to 3%,
Ti: 0.01 to 3% was determined. A more preferred range of the Al content is 0.3 to 5%, a more preferred range of the Si content is 0.01 to 1%, and a more preferred range of the Ti content is 0.01 to 1%. .

【0011】(e) La,Y,Zr これら成分は、酸化皮膜の密着性を向上させて、高温に
おける耐食性を向上させる作用があるので添加するが、
La:0.001%未満、Y:0.001%未満、Z
r:0.001%未満では所望の効果が得られず、一
方、Laが0.05%を越え、Yが0.05%を越え、
Zrが0.2%を越えると延性が低下して圧延時に割れ
が発生するので好ましくない。したがって、その含有量
をLa:0.001〜0.05%、Y:0.001〜
0.05%、Zr:0.001〜0.2%と定めた。こ
れら成分の一層好ましい範囲はLa:0.01〜0.0
3%、Y:0.01〜0.03%、Zr:0.05〜
0.1%である。
(E) La, Y, Zr These components are added because they have the effect of improving the adhesion of the oxide film and improving the corrosion resistance at high temperatures.
La: less than 0.001%, Y: less than 0.001%, Z
r: If less than 0.001%, the desired effect cannot be obtained, while La exceeds 0.05%, Y exceeds 0.05%,
If Zr exceeds 0.2%, ductility decreases and cracks occur during rolling, which is not preferable. Therefore, the content is La: 0.001 to 0.05%, Y: 0.001 to
0.05%, Zr: 0.001 to 0.2%. A more preferred range of these components is La: 0.01 to 0.0.
3%, Y: 0.01 to 0.03%, Zr: 0.05 to
0.1%.

【0012】(d) Mn、C これら成分は、固体電解質型燃料電池の空気極集電体の
素材として全く含有しないことが好ましいが、これら成
分を完全に除去することはコストの面で困難である。し
かし、Mnは2%、Cは0.2%まで含んでいても実害
はなく、Mnが2%を越え、Cが0.2%を越えると圧
延加工性および成形加工性が低下するようになることか
ら、Mn:2%以下、C:0.2%以下と定めた。
(D) Mn, C These components are preferably not contained at all as a material for the cathode current collector of the solid oxide fuel cell, but it is difficult to completely remove these components in terms of cost. is there. However, there is no actual harm even if Mn is contained up to 2% and C is contained up to 0.2%. If Mn exceeds 2% and C exceeds 0.2%, the rolling workability and the formability are reduced. Therefore, it was determined that Mn: 2% or less and C: 0.2% or less.

【0013】(ロ)気孔率 この発明の集電体を構成する多孔質Ni基合金は、スケ
ルトン(骨格部分)および気孔からなるスポンジ構造を
有しており、全体気孔率は可能な限り大きいほうが好ま
しく、70〜97%の範囲内にあることが好ましい。そ
してスケルトンにも微細な気孔が存在してもよいが、ス
ケルトンに存在する気孔は全体の10%未満であること
が好ましく、スケルトンにおける気孔率が10%以上に
なると集電体としての強度が低下するので好ましくな
い。かかる多孔質Ni基合金の全体比表面積は80〜3
00cm2 /cm3 未満であることが好ましい。
(B) Porosity The porous Ni-based alloy constituting the current collector of the present invention has a sponge structure composed of a skeleton (skeleton portion) and pores, and the overall porosity should be as large as possible. Preferably, it is in the range of 70 to 97%. The skeleton may have fine pores, but the skeleton preferably has less than 10% of the total pores. If the porosity of the skeleton is 10% or more, the strength of the current collector decreases. Is not preferred. The overall specific surface area of such a porous Ni-based alloy is 80 to 3
It is preferably less than 00 cm 2 / cm 3 .

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の集電体を実施
例により具体的に説明する。通常の溶解炉にて、それぞ
れ表1〜5に示される成分組成をもったいずれも平均粒
径:2μmを有するNi基合金アトマイズ粉末を用意し
た。さらに有機溶剤としてn−ヘキサン、界面活性剤と
してドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(以下、D
BSという)、水溶性樹脂結合剤としてヒドロキシプロ
ピルメチルセルロース(以下、HPMCという)、可塑
剤としてグリセリンをそれぞれ用意した。さらに水とし
て蒸留水を用意した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the current collector of the present invention will be specifically described with reference to examples. In a normal melting furnace, Ni-based alloy atomized powders having the average particle diameter of 2 μm, each having the component compositions shown in Tables 1 to 5, were prepared. Further, n-hexane is used as an organic solvent, and sodium dodecylbenzenesulfonate (hereinafter referred to as D) is used as a surfactant.
BS), hydroxypropyl methylcellulose (hereinafter referred to as HPMC) as a water-soluble resin binder, and glycerin as a plasticizer. Further, distilled water was prepared as water.

【0015】前記Ni基合金アトマイズ粉末とHPMC
(水溶性樹脂結合剤)を強せん断型混練機に装入して3
0分間混練したのち、添加しなければならない全蒸留水
量の50%の蒸留水を加えて混練し、さらに残りの蒸留
水50%並びにその他の添加剤であるn−ヘキサン(有
機溶剤)、DBS(界面活性剤)およびグリセリン(可
塑剤)を添加して3時間混練することにより、質量%で Ni基合金アトマイズ粉末:50.0%、 n−ヘキサン:1.5%、 HPMC:5.0%、 DBS:2.0%、 グリセリン:3.0%、 蒸留水:残り、 からなる組成の混合スラリーを作製した。
The Ni-based alloy atomized powder and HPMC
(Water-soluble resin binder) is charged into a strong shearing type kneader and 3
After kneading for 0 minutes, 50% of the total amount of distilled water to be added is distilled water, and the mixture is kneaded. The remaining 50% of distilled water and other additives such as n-hexane (organic solvent) and DBS ( (Surfactant) and glycerin (plasticizer) are added and kneaded for 3 hours. By mass%, Ni-based alloy atomized powder: 50.0%, n-hexane: 1.5%, HPMC: 5.0% , DBS: 2.0%, glycerin: 3.0%, distilled water: remaining, and a mixed slurry having the following composition was prepared.

【0016】この混合スラリーをドクターブレード法い
より厚さ:1mmの成形体を作製し、この成形体に下記
の条件の発泡、脱脂および焼結を施すことにより厚さ:
0.7mmの寸法をもち、表6〜7に示される全体気孔率
を有する多孔質Ni基合金板を作製し、この多孔質Ni
基合金板から切り出して本発明空気極集電体1〜59を
作製した。 (i)発泡条件 湿度:90%、 温度:35℃、 保持時間:10分、 (ii)脱脂条件 雰囲気:N2−5%H2 温度:450℃、 保持時間:60分、 (iii)燒結条件 雰囲気:真空(0.5torrH2) 温度:1150℃、 保持時間:10分、
The mixed slurry is formed into a molded body having a thickness of 1 mm by a doctor blade method, and the molded body is subjected to foaming, degreasing and sintering under the following conditions to obtain a thickness:
A porous Ni-based alloy plate having a size of 0.7 mm and having an overall porosity shown in Tables 6 and 7 was produced.
The air electrode current collectors 1 to 59 of the present invention were cut out from the base alloy plate. (I) Foaming conditions Humidity: 90%, Temperature: 35 ° C, Holding time: 10 minutes, (ii) Degreasing conditions Atmosphere: N 2 -5% H 2 Temperature: 450 ° C, Holding time: 60 minutes, (iii) Sintering Conditions Atmosphere: vacuum (0.5 torr H 2 ) Temperature: 1150 ° C., Holding time: 10 minutes,

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】[0018]

【表2】 [Table 2]

【0019】[0019]

【表3】 [Table 3]

【0020】[0020]

【表4】 [Table 4]

【0021】[0021]

【表5】 [Table 5]

【0022】さらに、原料粉末として、La23、Sr
CO3、Ga23、MgO、CoOの各粉末を用意し、
これら原料粉末をLa0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co
0.053となるように秤量し、良く混合した後、110
0℃で予備焼成し、得られた仮焼体を粉砕し、通常のバ
インダー、溶剤などを加えてボールミルで粉砕すること
によりスラリーを作製し、このスラリーをドクターブレ
ード法によりグリーンシートに成形した。成形したグリ
ーンシートを空気中で十分に乾燥させ、所定の寸法に切
り出してこれを1450℃で燒結した。得られた燒結体
の厚さは110μmであった。
Further, La 2 O 3 , Sr
Prepare each powder of CO 3 , Ga 2 O 3 , MgO, CoO,
These raw material powders were used as La 0.8 Sr 0.2 Ga 0.8 Mg 0.15 Co
After weighing and mixing well to obtain 0.05 O 3 ,
The calcined body was preliminarily calcined at 0 ° C., and the obtained calcined body was pulverized. A general binder, a solvent and the like were added, and the mixture was pulverized with a ball mill to prepare a slurry. The slurry was formed into a green sheet by a doctor blade method. The formed green sheet was sufficiently dried in the air, cut into a predetermined size, and sintered at 1450 ° C. The thickness of the obtained sintered body was 110 μm.

【0023】このようにして得られた燒結体を電解質と
し、この電解質の片面にNiと(Ce0.8Sm0.2)O2
の体積比が6:4になるように混合したNiOと(Ce
0.8Sm0.2)O2の混合粉末を1100℃で焼付けるこ
とにより燃料極を形成し、さらに前記電解質の反対側の
片面に(Sm0.5Sr0.5)CoO3を1000℃で焼付
けることにより空気極を形成することによりセルを作製
した。
The sintered body thus obtained was used as an electrolyte, and Ni and (Ce 0.8 Sm 0.2 ) O 2 were provided on one side of the electrolyte.
NiO and (Ce) mixed so that the volume ratio of
A fuel electrode is formed by baking the mixed powder of 0.8 Sm 0.2 ) O 2 at 1100 ° C., and an air electrode is formed by baking (Sm 0.5 Sr 0.5 ) CoO 3 at 1000 ° C. on the other side of the electrolyte. Was formed to form a cell.

【0024】さらに、前記スラリーを鋳型に流し込み、
溝を有するグリーン体を作製し、このグリーン体を14
50℃で燒結することにより片面に溝を有するセパレー
タを作製した。また、燃料極集電体としてNiフェルト
を用意し、従来の固体電解質燃料電池の空気極集電体と
するために白金メッシュを用意した。
Further, the slurry is poured into a mold,
A green body having a groove is prepared, and this green body is
By sintering at 50 ° C., a separator having a groove on one side was produced. In addition, Ni felt was prepared as a fuel electrode current collector, and a platinum mesh was prepared to be used as an air electrode current collector of a conventional solid electrolyte fuel cell.

【0025】このようにして作製したセルの燃料極側に
燃料極集電体であるNiフェルトを積層させ、セルの空
気極側に前記表1〜7に示される成分組成および全体気
孔率をもった多孔質Ni基合金からなる本発明空気極集
電体1〜59を積層させ、さらにこれら燃料極集電体お
よび空気極集電体の上に前記セパレータを積層させて図
1に示される構造の固体電解質燃料電池を作製し、さら
に白金メッシュからなる従来空気極集電体を用いて固体
電解質燃料電池を作製した。
Ni-Felt, which is an anode current collector, is laminated on the fuel electrode side of the cell fabricated in this manner, and the components having the component compositions and the total porosity shown in Tables 1 to 7 are provided on the air electrode side of the cell. The cathode current collectors 1 to 59 of the present invention made of a porous Ni-based alloy are laminated, and the separator is laminated on the anode current collector and the cathode current collector, as shown in FIG. Was manufactured, and a solid electrolyte fuel cell was manufactured using a conventional air electrode current collector made of a platinum mesh.

【0026】これら固体電解質燃料電池を700℃に保
持しながら燃料ガスとして乾燥水素ガスを流し、酸化剤
ガスとして空気を流して、白金メッシュを空気極集電体
として組み込んだ従来の固体電解質燃料電池および表1
〜5に示される成分組成の多孔質Ni基合金からなる本
発明空気極集電体1〜59を空気極集電体として組み込
んだ固体電解質燃料電池について、それぞれ0.7Vに
おける電流密度を測定し、その結果を表6〜7に示すこ
とにより発電特性を評価した。
While maintaining these solid electrolyte fuel cells at 700 ° C., a dry hydrogen gas is supplied as a fuel gas, air is supplied as an oxidant gas, and a conventional solid electrolyte fuel cell incorporating a platinum mesh as an air electrode current collector. And Table 1
The current density at 0.7 V was measured for each of the solid electrolyte fuel cells incorporating the air electrode current collectors 1 to 59 of the present invention made of a porous Ni-based alloy having the component compositions shown in FIGS. The power generation characteristics were evaluated by showing the results in Tables 6 and 7.

【0027】[0027]

【表6】 [Table 6]

【0028】[0028]

【表7】 [Table 7]

【0029】[0029]

【発明の効果】表1〜7に示される結果から、この発明
の成分組成を有する多孔質Ni基合金からなる空気極集
電体を組み込んだ固体電解質型燃料電池は、白金メッシ
ュからなる空気極集電体を組み込んだ固体電解質型燃料
電池と比べてほぼ同じ発電特性を示すところから、この
発明は、固体電解質型燃料電池の発電特性を低下させる
ことなく製造コストを下げることができ、燃料電池産業
の発展に大いに寄与するものである。
From the results shown in Tables 1 to 7, the solid oxide fuel cell incorporating the air electrode current collector made of the porous Ni-based alloy having the component composition of the present invention has the air electrode made of platinum mesh. Since the present invention shows almost the same power generation characteristics as a solid electrolyte fuel cell incorporating a current collector, the present invention can reduce the manufacturing cost without lowering the power generation characteristics of the solid electrolyte fuel cell. It greatly contributes to the development of industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】固体電解質型燃料電池の構造を説明するための
断面概略図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a solid oxide fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 空気極集電体 2 空気極 3 電解質 4 セパレータ 5 燃料極 6 燃料極集電体 7 溝 8 溝 9 セル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air electrode current collector 2 Air electrode 3 Electrolyte 4 Separator 5 Fuel electrode 6 Fuel electrode current collector 7 Groove 8 Groove 9 Cell

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 正弘 埼玉県大宮市北袋町1−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 CX01 EE08 HH04 HH05  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Masahiro Wada 1-297 Kitabukuro-cho, Omiya-shi, Saitama F-term in Mitsubishi Materials Corporation Research Laboratory (reference) 5H026 AA06 CC03 CX01 EE08 HH04 HH05

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 質量%で(以下、%は質量%を示す)、C
r:13〜45%を含有し、残りがNiおよび不可避不
純物からなる組成を有し、全体気孔率が70〜97%を
有する多孔質Ni基合金からなることを特徴とする固体
電解質型燃料電池の集電体。
1. The method according to claim 1, wherein in mass% (% indicates mass%),
r: a solid electrolyte fuel cell comprising a porous Ni-based alloy having a composition of 13 to 45%, the balance being Ni and unavoidable impurities, and having a total porosity of 70 to 97%. Current collector.
【請求項2】 Cr:13〜45%、Fe:1〜38%
を含有し、残りがNiおよび不可避不純物からなる組成
を有し、全体気孔率が70〜97%を有する多孔質Ni
基合金からなることを特徴とする固体電解質型燃料電池
の集電体。
2. Cr: 13 to 45%, Fe: 1 to 38%
, A balance of Ni and unavoidable impurities, and having a total porosity of 70 to 97%.
A current collector for a solid oxide fuel cell, comprising a base alloy.
【請求項3】 Cr:13〜45%を含有し、さらに、 W:0.1〜20%、 Mo:0.1〜10%、 Nb:0.1〜4%、 Ta:0.1〜4%、 Co:0.1〜10%、 の内の1種または2種以上を含有し、残りがNiおよび
不可避不純物からなる組成を有し、全体気孔率が70〜
97%を有する多孔質Ni基合金からなることを特徴と
する固体電解質型燃料電池の集電体。
3. Cr: 13 to 45%, W: 0.1 to 20%, Mo: 0.1 to 10%, Nb: 0.1 to 4%, Ta: 0.1 to 4% 4%, Co: 0.1 to 10%, and one or more of the following, with the balance being composed of Ni and unavoidable impurities, and having a total porosity of 70 to
A current collector for a solid oxide fuel cell, comprising a porous Ni-based alloy having 97%.
【請求項4】 Cr:13〜45%、Fe:1〜38%
を含有し、さらに、 W:0.1〜20%、 Mo:0.1〜10%、 Nb:0.1〜4%、 Ta:0.1〜4%、 Co:0.1〜10%、 の内の1種または2種以上の内の1種または2種以上を
含有し、残りがNiおよび不可避不純物からなる組成を
有し、全体気孔率が70〜97%を有する多孔質Ni基
合金からなることを特徴とする固体電解質型燃料電池の
集電体。
4. Cr: 13 to 45%, Fe: 1 to 38%
W: 0.1 to 20%, Mo: 0.1 to 10%, Nb: 0.1 to 4%, Ta: 0.1 to 4%, Co: 0.1 to 10% A porous Ni-base containing one or more of one or more of the following, the balance comprising Ni and unavoidable impurities, and having a total porosity of 70 to 97%. A current collector for a solid oxide fuel cell, comprising an alloy.
【請求項5】 請求項1、2、3または4記載の多孔質
Ni基合金に、さらに、 Al:0.1〜10%、 Si:0.01〜3%、 Ti:0.01〜3%、 の内の1種または2種以上を含有する組成の多孔質Ni
基合金からなることを特徴とする固体電解質型燃料電池
の集電体。
5. The porous Ni-based alloy according to claim 1, further comprising: 0.1 to 10% of Al, 0.01 to 3% of Si, and 0.01 to 3 of Ti. %, Porous Ni having a composition containing one or more of the following:
A current collector for a solid oxide fuel cell, comprising a base alloy.
【請求項6】 請求項1、2、3、4または5記載の多
孔質Ni基合金に、さらに、 La:0.001〜0.05%、 Y:0.001〜0.05%、 Zr:0.001〜0.2%、 の内の1種または2種以上を含有する組成の多孔質Ni
基合金からなることを特徴とする固体電解質型燃料電池
の集電体。
6. The porous Ni-based alloy according to claim 1, further comprising: La: 0.001 to 0.05%, Y: 0.001 to 0.05%, Zr : Porous Ni having a composition containing one or more of 0.001 to 0.2%
A current collector for a solid oxide fuel cell, comprising a base alloy.
【請求項7】 前記請求項1、2、3、4、5または6
記載の多孔質Ni基合金に含まれるCおよびMnの含有
量をそれぞれ、 C:0.15%以下、 Mn:2%以下、 に規定したことを特徴とする固体電解質型燃料電池の集
電体。
7. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6.
A collector for a solid oxide fuel cell, wherein the contents of C and Mn contained in the porous Ni-based alloy described above are specified as: C: 0.15% or less, Mn: 2% or less, respectively. .
【請求項8】 請求項1〜7の内のいずれかの請求項に
記載の集電体は、固体電解質型燃料電池の空気極集電体
であることを特徴とする固体電解質型燃料電池の集電
体。
8. The solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein said current collector is an air electrode current collector of a solid oxide fuel cell. Current collector.
【請求項9】 請求項1〜7の内のいずれかの請求項に
記載の集電体を空気極集電体として組み込んだ固体電解
質型燃料電池。
9. A solid oxide fuel cell incorporating the current collector according to claim 1 as an air electrode current collector.
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