JP2005100901A - 燃料電池セル及び燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電性の支持基板31と、該支持基板31上に形成された燃料極層32と、該燃料極層32を覆うように支持基板31上に形成され、且つジルコニア系又はランタンガレート系からなる固体電解質層33と、燃料極層32と対面するように固体電解質層33上に設けられた酸素極34とからなり、支持基板31は、鉄族金属及び/又は鉄族金属の酸化物と、アルカリ土類元素とZrを含有する複合酸化物とから形成されている。
【選択図】図1
Description
燃料極: O2− (固体電解質)+ H2 → H2O+2e− …(2)
電池全体では
1/2O2+H2 → H2O
で示される水素の酸化による水の生成反応が起こっている。
上記のような構造を有する本発明の燃料電池セル30において、導電性支持基板31は、燃料ガスを燃料極まで透過させるためにガス透過性であること、及びインターコネクタを介しての集電を行うために導電性であることが要求されるが、このような要求を満たすと同時に、同時焼成により生じる不都合を回避するために、鉄属金属成分、アルカリ土類元素及びZrを含有する複合酸化物とから導電性支持基板31を構成する。
本発明において、燃料極32は、前述した式(2)の電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているZrO2と、Ni及び/またはNiOとから形成される。この希土類元素が固溶しているZrO2(安定化ジルコニア)としては、以下に述べる固体電解質33の形成に使用されているものと同様のものを用いるのがよい。
この燃料極32上に設けられている固体電解質33は、一般に3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrO2(通常、安定化ジルコニア)と呼ばれる緻密質なセラミックスから形成されている。希土類元素としては、Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luを例示することができるが、安価または高導電性であるという点からSc、Y、Ybが望ましい。
酸素極34は、所謂ABO3型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成される。かかるペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にAサイトにLaを有するLaMnO3系酸化物、LaFeO3系酸化物、LaCoO3系酸化物の少なくとも1種が好適であり、600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaFeO3系酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型酸化物においては、AサイトにLaと共にSrなどが存在していてもよいし、さらにBサイトには、FeとともにCoやMnが存在していてもよい。
上記の酸素極34に対面する位置において、導電性支持基板31上に設けられているインターコネクタ35は、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス(水素)及び酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)が使用される。
以上のような構造を有する燃料電池セルは、以下のようにして製造される。
セルスタックは、図2に示すように、上述した燃料電池セル30が複数集合して、上下に隣接する一方の燃料電池セル30と他方の燃料電池セル30との間に、金属フェルト及び/又は金属板からなる集電部材40を介在させ、両者を互いに直列に接続することにより構成されている。即ち、一方の燃料電池セル30の導電性支持基板31は、インターコネクタ35、P型半導体層39、集電部材40を介して、他方の燃料電池セル30の酸素極34に電気的に接続されている。また、このようなセルスタックは、図2に示すように、サイドバイサイドに配置されており、隣接するセルスタック同士は、導電部材42によって直列に接続されている。
31a・・・燃料ガス通路
32・・・燃料極
33・・・固体電解質
34・・・酸素極
35・・・インターコネクタ
39・・・P型半導体層
40・・・集電部材
Claims (9)
- 導電性の支持基板と、該支持基板上に形成された燃料極と、該燃料極を覆うように前記支持基板上に形成され、且つジルコニア系又はランタンガレート系からなる固体電解質と、前記燃料極と対面するように前記固体電解質上に設けられた酸素極とからなり、前記支持基板は、鉄族金属及び/又は鉄族金属の酸化物と、アルカリ土類元素とZrを含有する複合酸化物とから形成されていることを特徴とする燃料電池セル。
- 鉄族金属がNiであることを特徴とする請求項1記載の燃料電池セル。
- アルカリ土類元素とZrを含有する複合酸化物は、支持基板中に、40〜60体積%の量で含有されていることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池セル。
- アルカリ土類元素とZrを含有する複合酸化物が、ジルコン酸カルシウムであることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
- 燃料極は、Ni及び/又はNiOと、希土類元素が固溶したZrO2又はCeO2を含有することを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
- 酸素極は、支持基板の一方側の面に位置しており、該支持基板の他方側の面上にインターコネクタが設けられており、燃料極及び固体電解質は、前記インターコネクタの両端部分にまで回り込んでいることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
- 酸素極は、ペロブスカイト型酸化物からなる多孔質導電性セラミックから形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
- ペロブスカイト型酸化物が、AサイトにLaを有するものであることを特徴とする請求項7記載の燃料電池セル。
- 請求項1乃至8のうちいずれかに記載の燃料電池セルの複数が集電部材を介して互いに直列に接続された構造を有するセルスタックを、収納容器内に収容してなることを特徴とする燃料電池。
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2003
- 2003-09-26 JP JP2003335804A patent/JP4480377B2/ja not_active Expired - Fee Related
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