JP2009146745A - 固体酸化物形燃料電池の製造方法 - Google Patents
固体酸化物形燃料電池の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 燃料極1と電解質2とからなる燃料極/電解質ハーフセル上に、LNF粉末とポリエチレングリコールを混合したペーストを電極形状に塗布/乾燥して空気極3を形成する。しかる後、セル4を台9上に載置し、この状態で空気極3上に8g/cm2 のアルミナ製の荷重担体8を載せて1000℃で焼結する。
【選択図】 図6
Description
H. Orui, et al., Journal of the Electrochemical Society, 151 (9) A1412-A1417(2004)
燃料極/電解質ハーフセルは以下のプロセスにより製造した。電解質2はZr(Sc,Al2O3)O2(SASZ)を、燃料極1は(SASZ)と酸化ニッケルの混合体を使用した。先ず、ドクターブレード法により厚み20〜50μmの電解質シートおよび厚み300〜600μmの燃料極シートを製造する。ここで、ドクターブレード法とは、セラミックスの薄い成形体を連続して得る方法であって、キャリアフィルムを引き出し、ブレードによりスラリー状の電解質または燃料極をキャリアフィルム上で薄く延ばして所定の厚さの成形体を得る方法である。前記燃料極シートが乾燥した後、燃料極の厚みが1mm程度になるまで積層し、その上に電解質の単シートを積層しホットプレスする。この積層体を適宜切り出し焼結して、セルサイズ60〜120mmφの燃料・電解質のハーフセルを製造した。
この比較例2では、セルの反りを低減するため、空気極形成後のセルの矯正処理を実施した。空気極を形成したセルに室温で荷重担体を載せることにより、セルが平坦化する様子が確認された。図4に室温でセルに荷重を加えたときの反り量の変化を示す。同図からセルに荷重をかけると荷重量が大きくなるにつれセルの反りが減少していくことがわかる。目視の状態でセルが平坦化するには、160g/cm2 の荷重が必要であった。しかし、室温では荷重を減らしていくと再びセルの反りは元の状態に戻る。次に、セルに160g/cm2 の荷重をかけて1000℃で熱処理を行った。その結果を図5に示すが、この矯正処理により反り量はハーフセルのレベルまで低減された。このことから荷重をかけて熱処理を行うことによりセルの反りが矯正されることが確認された。
図6に示すように、燃料極1と電解質2とからなる燃料極/電解質ハーフセル上にLNF粉末とポリエチレングリコールを混合したペーストを電極形状に塗布/乾燥して空気極3を形成する。しかる後、セル4を台9上に載置し、この状態で空気極3上に8g/cm2 のアルミナ製の荷重担体8を載せて1000℃で焼結した。その結果、空気極は荷重担体のアルミナ板に焼き付き、ハーフセルから剥離した。ただし、セルの反りを測定した結果、ハーフセルの状態のときと反りはほとんど変化がなかった。この結果から、空気極の焼結時に空気極面上に荷重担体を載せることにより、空気極形成後のセルの矯正処理に必要とされる荷重の1/20程度の荷重でセルの反りの増加が抑制されることがわかった。
上述した比較例3において、空気極が荷重担体であるアルミナ板に焼き付いて剥離した原因として、ポリエチレングリコール系のペーストではペースト中にバインダーなどの結着剤が含まれないために空気極を塗布したときのセル基板との接着が不十分であるためと考えられた。実際、ポリエチレングリコール系のLNFペーストを塗布し乾燥した状態で表面に触れると表層のLNF粉末が付着した。そこで、空気極のペーストにエチルセルロースをテレピネオールに溶解したバインダー液とLNFを混合したものを使用した。ペースト中のエチルセルロースの含有量は0.6〜0.7wt%程度とした。その結果、空気極を塗布・乾燥後に空気極上面に触れても空気極の粉末が付着することはなく、十分な強度を有する膜として形成された。
Claims (6)
- 燃料極、電解質および空気極を備えた固体酸化物形燃料電池の製造方法において、セルの焼成時に荷重担体により荷重をかけた状態で焼成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。
- 請求項1記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法において、燃料極と電解質とを一体焼成した後に、空気極の上部に荷重をかけた状態で焼成し空気極を形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。
- 請求項1または2記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法において、前記荷重担体の材質は、アルミナ、ジルコニア、セリア系酸化物のいずれか一つであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。
- 請求項2記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法において、前記空気極の焼成時にかける荷重は、空気極の焼成時にかける荷重密度と空気極の反りの抑制量との相関関係から求めた空気極焼成時の反りを抑制可能な最低荷重に基づくことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。
- 請求項4記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法において、前記空気極の焼成時に加える荷重は、空気極を荷重なしで焼結した後に矯正処理に要した荷重の3〜13%であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。
- 請求項2記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法において、前記空気極の焼成時に使用する空気極ペーストは、エチルセルロース系バインダーを含むことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。
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