JP2003338297A - 固体酸化物燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
固体酸化物燃料電池及びその製造方法Info
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
(57)【要約】
【課題】 製膜工程の簡便化、単電池小型化による熱衝
撃耐性向上、固体電解質膜の薄膜化による出力特性の改
善及び燃料極・空気極の膜厚均一化による反応分布の改
善を目的とするものである。 【解決手段】 外径１〜５ｍｍの多孔体４０，４１を形
態支持管として用い、多孔体４０，４１上に、燃料極３
０、固体電解質膜１１、空気極２０を形成することを特
徴とし、且つ、形態を小さくすることで熱衝撃耐性を向
上させ、急速起動特性を改善した固体酸化物燃料電池で
ある。
撃耐性向上、固体電解質膜の薄膜化による出力特性の改
善及び燃料極・空気極の膜厚均一化による反応分布の改
善を目的とするものである。 【解決手段】 外径１〜５ｍｍの多孔体４０，４１を形
態支持管として用い、多孔体４０，４１上に、燃料極３
０、固体電解質膜１１、空気極２０を形成することを特
徴とし、且つ、形態を小さくすることで熱衝撃耐性を向
上させ、急速起動特性を改善した固体酸化物燃料電池で
ある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体酸化物燃料電
池及び製造方法に関する。例えば、固体酸化物型燃料電
池を用いる発電装置に適用できるものである。
池及び製造方法に関する。例えば、固体酸化物型燃料電
池を用いる発電装置に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の小型燃料電池は、管形状の固体電
解質内外面の片面に燃料極を具備し、もう一つの面に空
気極を具備し、固体電解質管の形状をΦ（外径）１ｍｍ
〜Φ（外径）５ｍｍとすることで、固体電解質及び燃料
極／空気極との熱膨張率差を小さくし、各構成膜剥離を
抑制することで熱衝撃耐性を向上し、急速な加熱を可能
とするものがある。
解質内外面の片面に燃料極を具備し、もう一つの面に空
気極を具備し、固体電解質管の形状をΦ（外径）１ｍｍ
〜Φ（外径）５ｍｍとすることで、固体電解質及び燃料
極／空気極との熱膨張率差を小さくし、各構成膜剥離を
抑制することで熱衝撃耐性を向上し、急速な加熱を可能
とするものがある。
【０００３】従来の小型燃料電池では、固体電解質管を
押出し成型により、成型焼成した後、固体電解質管の内
外面に、燃料極及び空気極原料のスラリーを塗布し、焼
結することにより製膜する。
押出し成型により、成型焼成した後、固体電解質管の内
外面に、燃料極及び空気極原料のスラリーを塗布し、焼
結することにより製膜する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質管の外面に
は、塗布を行い易いが、固体電解質管の管径をΦ（外
径）１ｍｍ〜５ｍｍとしているため、固体電解質管の内
面には、物理的な制約があり、製膜が行い難く、スラリ
ーを流し込み製膜するしか無く、内面に均一に製膜する
ことが難しいという課題があった。
は、塗布を行い易いが、固体電解質管の管径をΦ（外
径）１ｍｍ〜５ｍｍとしているため、固体電解質管の内
面には、物理的な制約があり、製膜が行い難く、スラリ
ーを流し込み製膜するしか無く、内面に均一に製膜する
ことが難しいという課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１に係る固体酸化物燃料電池は、多孔体上に
燃料極、固体電解質膜及び空気極を備え、前記多孔体の
形状を外径１ｍｍ〜外径５ｍｍとすることにより、熱衝
撃耐性を向上したことを特徴とする。
明の請求項１に係る固体酸化物燃料電池は、多孔体上に
燃料極、固体電解質膜及び空気極を備え、前記多孔体の
形状を外径１ｍｍ〜外径５ｍｍとすることにより、熱衝
撃耐性を向上したことを特徴とする。
【０００６】上記課題を解決する本発明の請求項２に係
る固体酸化物燃料電池は、請求項１において、前記多孔
体は、管形状或いは柱状の形態としたことを特徴とす
る。
る固体酸化物燃料電池は、請求項１において、前記多孔
体は、管形状或いは柱状の形態としたことを特徴とす
る。
【０００７】上記課題を解決する本発明の請求項３に係
る固体酸化物燃料電池は、請求項１において、前記固体
酸化物燃料電池において、電子導電性の酸化物であるイ
ンターコネクターを用いることで、一本の多孔体表面に
直列構成を持つことを特徴とする。
る固体酸化物燃料電池は、請求項１において、前記固体
酸化物燃料電池において、電子導電性の酸化物であるイ
ンターコネクターを用いることで、一本の多孔体表面に
直列構成を持つことを特徴とする。
【０００８】上記課題を解決する本発明の請求項４に係
る固体酸化物燃料電池の製造方法は、管状或いは柱状の
多孔体の外面に燃料極スラリーを塗布し乾燥して燃料極
とした後、該燃料極の外表面に固体電解質スラリーを塗
布し乾燥して固体電解質膜とした後、更に、該固体電解
質膜の外表面に空気極スラリーを塗布し乾燥して空気極
とし、その後、焼成してなることを特徴とする。
る固体酸化物燃料電池の製造方法は、管状或いは柱状の
多孔体の外面に燃料極スラリーを塗布し乾燥して燃料極
とした後、該燃料極の外表面に固体電解質スラリーを塗
布し乾燥して固体電解質膜とした後、更に、該固体電解
質膜の外表面に空気極スラリーを塗布し乾燥して空気極
とし、その後、焼成してなることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】〔実施例１〕本発明の第１の実施
例に係る小型固体酸化物燃料電池（μ-Solid Oxide Fue
lCell）を図１に示す。本実施例では、外径Φ２ｍｍの
管状多孔体４０の表面に、燃料極３０、固体電解質膜１
１、空気極２０を形成している。
例に係る小型固体酸化物燃料電池（μ-Solid Oxide Fue
lCell）を図１に示す。本実施例では、外径Φ２ｍｍの
管状多孔体４０の表面に、燃料極３０、固体電解質膜１
１、空気極２０を形成している。
【００１０】管状の多孔体４０は、機械的強度の点か
ら、気孔率を４０〜６０％とし、肉厚は１００〜２５０
μｍとする。本実施例の特徴としては、管状多孔体４０
の表面に製膜することで、燃料極３０、固体電解質膜１
１、空気極２０の膜厚を均一に制御しやすく、製造工程
を簡便にできることにある。
ら、気孔率を４０〜６０％とし、肉厚は１００〜２５０
μｍとする。本実施例の特徴としては、管状多孔体４０
の表面に製膜することで、燃料極３０、固体電解質膜１
１、空気極２０の膜厚を均一に制御しやすく、製造工程
を簡便にできることにある。
【００１１】また、燃料電池の強度は管状多孔体４０の
強度により支えることができるため、固体電解質膜１１
の膜厚を２０〜５０μｍとし、抵抗損を低減することが
可能である。よって、本実施例では、熱衝撃耐性の高い
小型の固体電解質燃料電池の高性能化が可能である。
強度により支えることができるため、固体電解質膜１１
の膜厚を２０〜５０μｍとし、抵抗損を低減することが
可能である。よって、本実施例では、熱衝撃耐性の高い
小型の固体電解質燃料電池の高性能化が可能である。
【００１２】本発明の一実施例に係る小型固体酸化物燃
料電池の製膜工程を図５〜図８に示す。先ず、図５に示
すように、管状多孔体４０の外面に燃料極スラリー３１
を筆５０や刷毛などを用いて塗布する。均一な膜厚を得
る為にスクリーン印刷などを用いることもできる。
料電池の製膜工程を図５〜図８に示す。先ず、図５に示
すように、管状多孔体４０の外面に燃料極スラリー３１
を筆５０や刷毛などを用いて塗布する。均一な膜厚を得
る為にスクリーン印刷などを用いることもできる。
【００１３】次に、図６に示すように、燃料極３０を塗
布、乾燥した後、外表面に固体電解質スラリー１２を燃
料極３０の製膜と同様な工程により塗布し、製膜する。
引き続き、図７に示すように、固体電解質膜１１が乾燥
した後、空気極スラリー２１を、固体電解質膜１１の製
膜と同様な工程により塗布、乾燥する。その後、図８に
示すように、製膜後、焼成し、燃料電池とする。
布、乾燥した後、外表面に固体電解質スラリー１２を燃
料極３０の製膜と同様な工程により塗布し、製膜する。
引き続き、図７に示すように、固体電解質膜１１が乾燥
した後、空気極スラリー２１を、固体電解質膜１１の製
膜と同様な工程により塗布、乾燥する。その後、図８に
示すように、製膜後、焼成し、燃料電池とする。
【００１４】本実施例に係る小型固体酸化物燃料電池製
造工程では、管状多孔体４０の表面に燃料極３０、固体
電解質膜１１、空気極２０を製膜する工程によって、熱
衝撃耐性の高い小型燃料電池を、簡便に製造することが
可能となる。また、各膜厚を制御し易く、製膜時に均一
な厚みを実現できるため、一本の燃料電池での反応分布
を均一化することを可能とし、また、製造ロット間のバ
ラツキを抑制できるため、均一な性能を提供できる。
造工程では、管状多孔体４０の表面に燃料極３０、固体
電解質膜１１、空気極２０を製膜する工程によって、熱
衝撃耐性の高い小型燃料電池を、簡便に製造することが
可能となる。また、各膜厚を制御し易く、製膜時に均一
な厚みを実現できるため、一本の燃料電池での反応分布
を均一化することを可能とし、また、製造ロット間のバ
ラツキを抑制できるため、均一な性能を提供できる。
【００１５】〔実施例２〕本発明の第２の実施例に係る
小型固体酸化物燃料電池を図２に示す。本実施例では、
外径Φ（外径）２ｍｍの円柱状多孔体４１の表面に、燃
料極３０、固体電解質膜１１、空気極２０を形成してい
る。円柱状多孔体４１は、気孔率を７０〜９０％とし、
連続気孔が多い形状とした。
小型固体酸化物燃料電池を図２に示す。本実施例では、
外径Φ（外径）２ｍｍの円柱状多孔体４１の表面に、燃
料極３０、固体電解質膜１１、空気極２０を形成してい
る。円柱状多孔体４１は、気孔率を７０〜９０％とし、
連続気孔が多い形状とした。
【００１６】本実施例の特徴としては、円柱状多孔体４
１の表面に製膜することで、燃料極３０、固体電解質膜
１１、空気極２０の膜厚を均一に制御しやすく、図５〜
図８に示すように、製造工程を簡便にできることにあ
る。円柱状多孔体４１の強度により、電池形状を支持で
きるため、外径をΦ１ｍｍまで低下しても折損しないと
いう利点を有する。
１の表面に製膜することで、燃料極３０、固体電解質膜
１１、空気極２０の膜厚を均一に制御しやすく、図５〜
図８に示すように、製造工程を簡便にできることにあ
る。円柱状多孔体４１の強度により、電池形状を支持で
きるため、外径をΦ１ｍｍまで低下しても折損しないと
いう利点を有する。
【００１７】〔実施例３〕本発明の第３の実施例に係る
小型固体酸化物燃料電池を図３に示す。基準となる構造
は実施例１を踏襲し、単電池間は電子導電性を有する酸
化物をインターコネクター７０として用い、一本の管状
多孔体４０上に直列の電池素子を構成したものである。
小型固体酸化物燃料電池を図３に示す。基準となる構造
は実施例１を踏襲し、単電池間は電子導電性を有する酸
化物をインターコネクター７０として用い、一本の管状
多孔体４０上に直列の電池素子を構成したものである。
【００１８】即ち、燃料極３０、固体電解質膜１１及び
空気極２０を軸方向に沿って複数に分割して複数の電池
素子とし、隣接する電池素子間では固体電解質膜１１を
貫通するインターコネクター７０により燃料極３０と空
気極２０とを直列に接続してなるものである。本実施例
の特徴としては、インターコネクター７０を用いること
で、一本の管状多孔体４０上に直列素子を構成できるた
め、電圧を必要とする仕様でもコンパクト化することが
可能である。
空気極２０を軸方向に沿って複数に分割して複数の電池
素子とし、隣接する電池素子間では固体電解質膜１１を
貫通するインターコネクター７０により燃料極３０と空
気極２０とを直列に接続してなるものである。本実施例
の特徴としては、インターコネクター７０を用いること
で、一本の管状多孔体４０上に直列素子を構成できるた
め、電圧を必要とする仕様でもコンパクト化することが
可能である。
【００１９】〔実施例４〕本発明の第４の実施例に係る
小型固体酸化物燃料電池を図４に示す。基準となる構造
は実施例２を踏襲し、また、単電池間は電子導電性を有
する酸化物をインターコネクター７０として用いる点は
実施例３と同様とし、一本の円柱状多孔体４１上に直列
の電池素子を構成したものである。
小型固体酸化物燃料電池を図４に示す。基準となる構造
は実施例２を踏襲し、また、単電池間は電子導電性を有
する酸化物をインターコネクター７０として用いる点は
実施例３と同様とし、一本の円柱状多孔体４１上に直列
の電池素子を構成したものである。
【００２０】本実施例の特徴としては、インターコネク
ター７０を用いることで、一本の円柱状多孔体４１上に
直列素子を構成できるため、電圧を必要とする仕様でも
コンパクト化することが可能である。
ター７０を用いることで、一本の円柱状多孔体４１上に
直列素子を構成できるため、電圧を必要とする仕様でも
コンパクト化することが可能である。
【００２１】〔比較例〕従来法の小型固体酸化物燃料電
池を比較例として図９に示す。固体電解質よりなる外径
Φ（外径）２ｍｍの管状体１０の外面に空気極２０を形
成し、内面に燃料極３０を形成している。従来法では、
電池の強度は固体電解質よりなる管状体１０により支え
る必要があるため、管状体１０を５０μｍ以下にする
と、折損しやすくなる。
池を比較例として図９に示す。固体電解質よりなる外径
Φ（外径）２ｍｍの管状体１０の外面に空気極２０を形
成し、内面に燃料極３０を形成している。従来法では、
電池の強度は固体電解質よりなる管状体１０により支え
る必要があるため、管状体１０を５０μｍ以下にする
と、折損しやすくなる。
【００２２】従来法の小型固体酸化物燃料電池の製膜工
程を図１２及び図１３に示す。先ず、図１２に示すよう
に、固体電解質よりなる管状体１０の外面に空気極スラ
リー２１を筆５０や刷毛などを用いて塗布し、管内面
は、管径が小さいため、塗布工程は用いず、燃料極スラ
リー３１はシリンジ６０を用いて、管内面へ流し込み製
膜する。その後、図１３に示すように、製膜後、焼成
し、電池とする。
程を図１２及び図１３に示す。先ず、図１２に示すよう
に、固体電解質よりなる管状体１０の外面に空気極スラ
リー２１を筆５０や刷毛などを用いて塗布し、管内面
は、管径が小さいため、塗布工程は用いず、燃料極スラ
リー３１はシリンジ６０を用いて、管内面へ流し込み製
膜する。その後、図１３に示すように、製膜後、焼成
し、電池とする。
【００２３】以上、説明したように本発明では、多孔体
４０，４１の表面に、燃料極３０、固体電解質膜１１、
空気極２０を塗布工程などを利用し、製膜するため、電
池製造工程を簡便に行うことができる。また、多孔体４
０，４１の外径を細くすることで、熱衝撃耐性向上を目
的する燃料電池部の形状の小型化を可能にするものであ
る。更に、多孔体４０，４１の表面に製膜する工程であ
るため、固体電解質膜１１の膜厚を製膜可能な範囲まで
薄膜化することが許容されるため、燃料電池のオーム抵
抗損を低減でき、出力特性を向上することが期待でき
る。
４０，４１の表面に、燃料極３０、固体電解質膜１１、
空気極２０を塗布工程などを利用し、製膜するため、電
池製造工程を簡便に行うことができる。また、多孔体４
０，４１の外径を細くすることで、熱衝撃耐性向上を目
的する燃料電池部の形状の小型化を可能にするものであ
る。更に、多孔体４０，４１の表面に製膜する工程であ
るため、固体電解質膜１１の膜厚を製膜可能な範囲まで
薄膜化することが許容されるため、燃料電池のオーム抵
抗損を低減でき、出力特性を向上することが期待でき
る。
【００２４】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
た通り、本発明の請求項１に係る固体酸化物燃料電池
は、多孔体上に燃料極、固体電解質膜及び空気極を備
え、前記多孔体の形状を外径１ｍｍ〜外径５ｍｍとした
ため、熱衝撃耐性を向上させることができると共に単電
池小型化による熱衝撃耐性を向上させることができ、更
に、固体電解質膜の薄膜化による出力特性を改善し、燃
料極・空気極の膜厚均一化による反応分布を改善するこ
とができる。
た通り、本発明の請求項１に係る固体酸化物燃料電池
は、多孔体上に燃料極、固体電解質膜及び空気極を備
え、前記多孔体の形状を外径１ｍｍ〜外径５ｍｍとした
ため、熱衝撃耐性を向上させることができると共に単電
池小型化による熱衝撃耐性を向上させることができ、更
に、固体電解質膜の薄膜化による出力特性を改善し、燃
料極・空気極の膜厚均一化による反応分布を改善するこ
とができる。
【００２５】また、本発明の請求項２に係る固体酸化物
燃料電池は、請求項１において、前記多孔体は、管形状
或いは柱状の形態としたため、請求項１と同様な効果を
奏する他、外径をΦ１ｍｍまで低下しても折損しないと
いう利点を有する。
燃料電池は、請求項１において、前記多孔体は、管形状
或いは柱状の形態としたため、請求項１と同様な効果を
奏する他、外径をΦ１ｍｍまで低下しても折損しないと
いう利点を有する。
【００２６】また、本発明の請求項３に係る固体酸化物
燃料電池は、請求項１において、前記固体酸化物燃料電
池において、電子導電性の酸化物であるインターコネク
ターを用いることで、一本の多孔体表面に直列構成を持
つため、電圧を必要とする仕様でもコンパクト化するこ
とが可能である。
燃料電池は、請求項１において、前記固体酸化物燃料電
池において、電子導電性の酸化物であるインターコネク
ターを用いることで、一本の多孔体表面に直列構成を持
つため、電圧を必要とする仕様でもコンパクト化するこ
とが可能である。
【００２７】また、本発明の請求項４に係る固体酸化物
燃料電池の製造方法は、管状或いは柱状の多孔体の外面
に燃料極スラリーを塗布し乾燥して燃料極とした後、該
燃料極の外表面に固体電解質スラリーを塗布し乾燥して
固体電解質膜とした後、更に、該固体電解質膜の外表面
に空気極スラリーを塗布し乾燥して空気極とし、その
後、焼成して固体酸化物燃料電池を製造するので、製膜
工程の簡便化が図れ、更に、固体電解質膜の薄膜化によ
る出力特性を改善し、燃料極・空気極の膜厚均一化によ
る反応分布を改善することができる。
燃料電池の製造方法は、管状或いは柱状の多孔体の外面
に燃料極スラリーを塗布し乾燥して燃料極とした後、該
燃料極の外表面に固体電解質スラリーを塗布し乾燥して
固体電解質膜とした後、更に、該固体電解質膜の外表面
に空気極スラリーを塗布し乾燥して空気極とし、その
後、焼成して固体酸化物燃料電池を製造するので、製膜
工程の簡便化が図れ、更に、固体電解質膜の薄膜化によ
る出力特性を改善し、燃料極・空気極の膜厚均一化によ
る反応分布を改善することができる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る小型固体酸化物燃
料電池の構成図である。
料電池の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る小型固体酸化物燃
料電池の構成図である。
料電池の構成図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る小型固体酸化物燃
料電池の構成図である。
料電池の構成図である。
【図４】本発明の第４の実施例に係る小型固体酸化物燃
料電池の構成図である。
料電池の構成図である。
【図５】本発明の一実施例に係る小型固体酸化物燃料電
池の製膜工程図である。
池の製膜工程図である。
【図６】本発明の一実施例に係る小型固体酸化物燃料電
池の製膜工程図である。
池の製膜工程図である。
【図７】本発明の一実施例に係る小型固体酸化物燃料電
池の製膜工程図である。
池の製膜工程図である。
【図８】本発明の一実施例に係る小型固体酸化物燃料電
池の製膜工程図である。
池の製膜工程図である。
【図９】従来の小型固体酸化物燃料電池の構成図であ
る。
る。
【図１０】従来法の小型固体酸化物燃料電池の製造工程
図である。
図である。
【図１１】従来法の小型固体酸化物燃料電池の製造工程
図である。
図である。
１０ 固体電解質よりなる管状体
１１ 固体電解質膜
２０ 空気極
２１ 空気極スラリー
３０ 燃料極
３１ 燃料極スラリー
４０ 管状多孔体
４１ 円柱状多孔体
５０ 筆
６０ シリンジ
７０ インターコネクター
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 水流 靖彦
神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１
三菱重工業株式会社先進技術研究センタ
ー内
(72)発明者 沢田 明宏
神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１
三菱重工業株式会社先進技術研究センタ
ー内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB01 BB04 BB08 CV02
CV05 HH01
Claims (4)
- 【請求項１】 多孔体上に燃料極、固体電解質膜及び空
気極を備え、前記多孔体の形状を外径１ｍｍ〜外径５ｍ
ｍとすることにより、熱衝撃耐性を向上したことを特徴
とする固体酸化物燃料電池。 - 【請求項２】 前記多孔体は、管形状或いは柱状の形態
としたことを特徴とする請求項１記載の固体酸化物燃料
電池。 - 【請求項３】 前記固体酸化物燃料電池において、電子
導電性の酸化物であるインターコネクターを用いること
で、一本の多孔体表面に直列構成を持つことを特徴とす
る請求項１記載の固体酸化物燃料電池。 - 【請求項４】 管状或いは柱状の多孔体の外面に燃料極
スラリーを塗布し乾燥して燃料極とした後、該燃料極の
外表面に固体電解質スラリーを塗布し乾燥して固体電解
質膜とした後、更に、該固体電解質膜の外表面に空気極
スラリーを塗布し乾燥して空気極とし、その後、焼成し
てなることを特徴とする固体酸化物燃料電池の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002144222A JP2003338297A (ja) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | 固体酸化物燃料電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002144222A JP2003338297A (ja) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | 固体酸化物燃料電池及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003338297A true JP2003338297A (ja) | 2003-11-28 |
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