JP2009245897A - 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、表面に凹凸を有する集電体が取り付けられる固体酸化物形燃料電池であって、電解質と、電解質の一方面に配置された燃料極と、電解質の他方面に配置された空気極と、を備え、燃料極及び空気極の少なくとも一方に、集電体が取り付け可能となっており、集電体が取り付けられる電極の表面の少なくとも一部には、集電体の凹凸と係合可能な凹凸が形成されている。
【選択図】図1
Description
凹凸を形成する方法は、特には限定されないが、例えば、凹凸を形成するステップにおいて、乾燥された電極用の材料上に、凹凸が形成された転写部材を押圧することで、電極の表面に凹凸を形成することができる。このような転写部材としては、単に凹凸が形成されたもの以外に、メッシュのような網目状の部材などを挙げることができる。
集電体4は、Pt,Au,Ag,Ni,Cu,ステンレス系材料等の導電性金属材料,又はLa(Cr,Mg)O3,(La,Ca)CrO3,(La,Sr)CrO3などのランタン・クロマイト系等の導電性金属酸化物材料によって形成することができ、これらのうちの1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
集電体4としてメッシュを使用する場合には、メッシュの大きさが例えば、♯10〜♯500であることが好ましい。なお、メッシュの大きさとは、網1インチ(2.54cm)当りの網の目の数であり、線径は10〜2000μm、目開き10〜15000μmであることが好ましい。
(実施例)
まず、上記作製方法により厚さ500μmのGDC(Ce:Gd:O=0.9:0.1:1.9)電解質基板を準備した。続いて、燃料極を次のように準備した。まず、反応層としてSDC(Ce:Sm:O=0.8:0.2:1.9)粉末(平均粒径0.5μm)とNiO(平均粒径0.8μm)を7:3になるように混合し、この粉末及びセルロース系バインダ樹脂を質量比が80:20となるように溶剤を加えて燃料極反応層用ペーストを調製した。また、ガス拡散層として、SDC(Ce:Sm:O=0.8:0.2:1.9)粉末(平均粒径 4μm)とNiO(平均粒径4μm)を7:3になるように混合し、この粉末及びセルロース系バインダ樹脂を質量比が80:20となるように溶剤を加えて燃料極ガス拡散層用ペーストを調製した。その後、電解質基板上に、上記反応層ペーストをスクリーン印刷により印刷し、130℃で15分間乾燥した後、の反応層グリーンシートを形成した。これに続いて、ガス拡散層ペーストを反応層グリーンシート上にスクリーン印刷により印刷し、130℃で15分間乾燥した。その後、#150のメッシュ(開き目0.104mm)のスクリーンメッシュをガス拡散層上に押圧して凹凸を形成した後、1450℃で1時間焼結を行い、厚さ10μmの反応層と表面に凹凸を有する厚さ20μmのガス拡散層を形成した。
(比較例1)
比較例1として、実施例1においてガス拡散層を設けていない固体酸化物形燃料電池を準備した。
(比較例2)
比較例2として、実施例1においてガス拡散層の表面に凹凸を形成していない固体酸化物形燃料電池を準備した。すなわち、ガス拡散層用ペーストを印刷した後、上記条件で、乾燥・焼結を行ったものであり、メッシュによる凹凸の形成を行っていない。
(評価試験)
上述した実施例及び各比較例の電池性能を以下に示す方法で評価した。作動温度を600℃にて、燃料極側から水素を30ml/min(3%H2O)で供給するとともに、空気極側から空気を60ml/min(3%H2O)で供給し、最高出力密度(PPD)を測定した。その結果、実施例では、PPD=135mW/cm2であり、比較例1では、PPD=103mW/cm2であり、比較例2では、PPD=120mW/cm2であった。この結果より、ガス拡散層が設けられている電池の出力密度が高く、さらに凹凸が形成されている電池の出力密度が高いことが分かる。
2 燃料極
21 反応層
22 ガス拡散層
3 空気極
31 反応層
32 ガス拡散層
4 集電体
Claims (7)
- 表面に凹凸を有する集電体が取り付けられる固体酸化物形燃料電池であって、
電解質と、
前記電解質の一方面に配置された燃料極と、
前記電解質の他方面に配置された空気極と、を備え、
前記燃料極及び空気極の少なくとも一方に、集電体が取り付け可能となっており、
集電体が取り付けられる電極の表面の少なくとも一部には、集電体の凹凸と係合可能な凹凸が形成されている、固体酸化物形燃料電池。 - 前記燃料極及び空気極のうち、少なくとも集電体が取り付けられる電極は、
前記電解質と接触する多孔質な反応層と、
前記反応層上に形成され、当該反応層よりも気孔率の高いガス拡散層と、を備えており、
前記ガス拡散層の表面に、前記凹凸が形成されている、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。 - 前記反応層の気孔率が、5〜30%の範囲であり、かつ前記ガス拡散層の気孔率が30〜60%の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記電極に形成される凹凸は、格子状に形成されており、メッシュ状に形成された集電体のメッシュの開き目よりも小さい幅で前記凹凸の凸部が形成されている、請求項1から3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記電極に形成される凹凸は、格子状に形成されており、メッシュ状に形成された集電体のメッシュの線径よりも大きい幅で前記凹凸の凹部が形成されている、請求項1から4のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
- 電解質を準備するステップと、
前記電解質の一方面に燃料極を形成するステップと、
前記電解質の他方面に空気極を形成するステップと、を備え、
前記燃料極及び空気極を形成する少なくとも一方のステップは、
前記電極用の材料を印刷により形成するステップと、
印刷された前記電極用の材料を乾燥するステップと、
乾燥された前記電極用の材料上に凹凸を形成するステップと、
凹凸が形成された前記電極用の材料を焼結するステップと、
を備えている、固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - 前記凹凸を形成するステップでは、乾燥された電極用の材料上に、凹凸が形成された転写部材を押圧することで、前記電極の表面に凹凸を形成する、請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
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