JP2006108006A - セパレータ及びこれを用いた固体電解質型燃料電池並びにその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体電解質型燃料電池用のセパレータ1であって、板状の金属製セパレータ部材2とガス透過孔を有する燃料極基板3とを固定して成り、金属製セパレータ部材2及び燃料極基板3の各一方側の面をイオン伝導性を有する薄膜4で被覆した。このセパレータ1を備えた固体電解質型燃料電池41であって、燃料極基板3を覆っているイオン伝導性を有する薄膜4上に燃料極基板3の対極となる空気極5を形成した。
【選択図】図9
Description
図1は、本発明のセパレータの一実施例を示しており、図1に示すように、この固体電解質型燃料電池用のセパレータ1は、円板状の金属製セパレータ部材2と、ガス透過孔を有する円板状の燃料極基板(多孔質電極基板)3と、イオン伝導性を有する薄膜4を備えており、金属製セパレータ部材2の中心及びその周囲には、ガス流路2a,2bが形成してあると共に、さらにガス流路2bの周りには、複数の開口2cが設けてある。円板状の燃料極基板3は、金属製セパレータ部材2の複数の開口2cに固定してあり、イオン伝導性を有する薄膜4は、金属製セパレータ部材2の燃料極基板3を固定した面とは反対側の面(図示裏面)に形成してある。
図2は、本発明のセパレータの他の実施例を示しており、図2に示すように、この固体電解質型燃料電池用のセパレータ21が先のセパレータ1と相違するところは、ドーナツ状を成す厚さ0.5mmのNiO−8YSZから成る燃料極基板(多孔質電極基板)23に、中心及びその周囲にガス流路22a,22bを有するSUS430から成るガス流路付きセパレータ部材22A及びこれと同じくSUS430から成るリング状セパレータ部材22Bを固定した点にあり、燃料極基板23に対するセパレータ部材22A,22Bの接合方法や、燃料極基板23のメタライズや、イオン伝導性を有する薄膜24の成膜条件などは先のセパレータ1と同じである。
図3は、本発明のセパレータのさらに他の実施例を示しており、図3に示すように、この固体電解質型燃料電池用のセパレータ31が先のセパレータ21と相違するところは、扇形状を成す厚さ0.5mmのNiO−8YSZから成る燃料極基板(多孔質電極基板)33と、中心及びその周囲にガス流路32a,32bを有するSUS430から成るガス流路付きセパレータ部材32A及び縦横の桟32dを有するSUS430から成るリング状セパレータ部材32Bとを固定した点にあり、燃料極基板33に対するセパレータ部材32A,32Bの接合方法や、燃料極基板33のメタライズや、イオン伝導性を有する薄膜34の成膜条件なども先のセパレータ21と同じである。
図4(a)は、本発明の一実施例による固体電解質型燃料電池、すなわち、上記した実施例1のセパレータ1を具備した固体電解質型燃料電池を示しており、図4(a)に部分的に示すように、燃料極基板3上に形成された8YSZの薄膜4の図示下方から、マスクを設置して燃料極基板3と対を成す空気極(LSC)5を、基板加熱なし、チャンバー真空度10Paで成膜した。なお、この空気極5は、マスクを用いずに燃料極基板3上に形成された8YSZの薄膜4の全面に成膜したとしても、セパレータ1の絶縁性に変化はない。このプロセスにより、セパレータ1の金属製セパレータ部材2の開口2cにセルが形成され、また、それ以外のセパレータ1の表面には絶縁層4bが形成された、すなわち、実施例1のセパレータ1を具備した固体電解質型燃料電池41が形成された。なお、金属製セパレータ部材2の燃料極基板3を固定した面に、イオン伝導性を有する薄膜4及び空気極5を順次形成した構成の固体電解質型燃料電池41Aを図4(b)に部分的に示す。
図5は、本発明の他の実施例による固体電解質型燃料電池を示しており、図5に部分的に示すように、この固体電解質型燃料電池51が先の固体電解質型燃料電池41と相違するところは、金属製セパレータ部材52の開口52cの縁部52eにテーパをつけて段差を緩やかにした点にあり、他の構成は先の固体電解質型燃料電池41と同じである。
図6は、本発明のさらに他の実施例による固体電解質型燃料電池を示しており、図6に部分的に示すように、この固体電解質型燃料電池61が図4(b)に部分的に示す先の固体電解質型燃料電池41Aと相違するところは、燃料極基板63の周縁部63eにテーパをつけて段差を緩やかにした点にあり、他の構成は先の固体電解質型燃料電池41Aと同じである。
図7は、本発明のさらに他の実施例による固体電解質型燃料電池を示しており、図7に部分的に示すように、この固体電解質型燃料電池71が先の固体電解質型燃料電池41と相違するところは、燃料極基板73の周縁部を多孔度の低い領域73eとしてガス透過性を低くした点にあり、他の構成は先の固体電解質型燃料電池41と同じである。この多孔度の低い領域73eは、グリーンシート成形時において、中心部に位置させた造孔剤である炭素を5%程度入れたシートの周囲に、造孔剤を入れていないシートを接合して、焼成して形成した。
図8は、本発明のさらに他の実施例による固体電解質型燃料電池を示しており、図8に部分的に示すように、この固体電解質型燃料電池81が図7に部分的に示す先の固体電解質型燃料電池71と相違するところは、金属製セパレータ部材2の燃料極基板73を固定した面に、イオン伝導性を有する薄膜4及び空気極5を順次形成した点にあり、他の構成は先の固体電解質型燃料電池71と同じである。
図9は、本発明の一実施例によるスタック構造体、すなわち、上記した実施例4の固体電解質型燃料電池41を積層して成るスタック構造体を示しており、図9に部分的に示すように、このスタック構造体91の互いに重なり合う固体電解質型燃料電池41,41間には、インコネルX750製のメッシュバネ(集電体)96が設けてあって、このメッシュバネ96は、重なり合う固体電解質型燃料電池41,41のうちの一方の固体電解質型燃料電池41(図示例では上方の固体電解質型燃料電池41)の空気極5と接触している。
2,22A,22B,32A,32B,52 金属製セパレータ部材
3,23,33,63,73 燃料極基板(多孔質電極基板)
4,24,34 イオン伝導性を有する薄膜
4a 電解質(薄膜の多孔質電極基板を覆っている領域)
4b 絶縁層(薄膜の電極が形成されていない)
5 空気極
41,51,61,71,81 固体電解質型燃料電池
91 スタック構造体
96 メッシュバネ(集電体)
Claims (10)
- 固体電解質型燃料電池用のセパレータであって、板状の金属製セパレータ部材とガス透過孔を有する多孔質電極基板とを固定して成るセパレータにおいて、上記金属製セパレータ部材及び多孔質電極基板の各一方側の面をイオン伝導性を有する薄膜で被覆したことを特徴とするセパレータ。
- 固体電解質型燃料電池用のセパレータであって、板状の金属製セパレータ部材と電極を支持するガス透過孔を有する多孔質電極支持基板とを固定して成るセパレータにおいて、上記金属製セパレータ部材及び多孔質電極支持基板が支持する電極を含めた各一方側の面をイオン伝導性を有する薄膜で被覆したことを特徴とするセパレータ。
- 金属製セパレータ部材がFeを主成分とする合金又はNiを主成分とする合金から成っている請求項1又は2に記載のセパレータ。
- イオン伝導性を有する薄膜が安定化ジルコニア,酸化セリウム及びランタンガレートを主成分とする材料から成っている請求項1〜3のいずれか一つの項に記載のセパレータ。
- 請求項1,3,4のいずれかの項に記載のセパレータを備え、多孔質電極基板を覆っているイオン伝導性を有する薄膜上に上記多孔質電極基板の対極となる電極を形成したことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
- 請求項2〜4のいずれかの項に記載のセパレータを備え、多孔質電極支持基板が支持する電極を覆っているイオン伝導性を有する薄膜上に上記電極の対極となる電極を形成したことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
- 請求項5に記載の固体電解質型燃料電池を製造するに際して、板状の金属製セパレータ部材にガス透過孔を有する多孔質電極基板を固定してセパレータを形成し、次いで、このセパレータの多孔質電極基板を含めた一方側の面をイオン伝導性を有する薄膜で被覆した後、多孔質電極基板を覆っているイオン伝導性を有する薄膜上に上記多孔質電極基板の対極となる電極を形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
- 請求項6に記載の固体電解質型燃料電池を製造するに際して、板状の金属製セパレータ部材に電極を支持するガス透過孔を有する多孔質電極支持基板を固定してセパレータを形成し、次いで、このセパレータの多孔質電極支持基板が支持する電極を含めた一方側の面をイオン伝導性を有する薄膜で被覆した後、多孔質電極支持基板が支持する電極を覆っているイオン伝導性を有する薄膜上に上記電極の対極となる電極を形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
- イオン伝導性を有する薄膜をPVD法,CVD法,PLD法,AD法,溶射法などの乾式成膜法により形成する請求項7又は8に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
- 請求項5又は6に記載の固体電解質型燃料電池を積層して成るスタック構造体であって、互いに重なり合う固体電解質型燃料電池間に集電体を設け、互いに重なり合う固体電解質型燃料電池のうちの一方の固体電解質型燃料電池のセパレータに設けたイオン伝導性を有する薄膜の電極が形成されていない領域に上記集電体を接触させてあることを特徴とするスタック構造体。
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