JP2010015807A - 固体酸化物形燃料電池セルと固体酸化物形燃料電池セルユニット、及びそれを備える燃料電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 固体酸化物形燃料電池セルは、固体酸化物形燃料電池セルにAg/Pd合金を含む第一溶液を適用し、次に第一溶液よりもAg量が多いAg/Pd合金を含む第二溶液を適用し、焼成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルを提供する。
【選択図】 図1
Description
なおセルの軸方向とは、貫通流路15に流れる燃料ガスの方向と同一方向を示す。即ち、図中の矢印Aの方向を示す。
H 2 + O 2 - → H 2 O+ 2 e - (1)
C O+ O 2 - → C O 2 + 2 e - (2)
1 / 2 O2 + 2 e - → O 2 - (3)
燃料極支持体の外側に配置された固体電解質と、該固体電解質の外側に配置された空気極とから構成され、空気極の更に外側には集電部が配置されたものである。以下に作製手順について示した。
N i O粉末と、(ZrO2)0.90(Y2O3)0.10(以下YSZと略称する)粉末の混合物を湿式混合法で作製後、熱処理、粉砕を行い燃料極支持体原料粉末を得た。NiO粉末とYSZ粉末の混合比は重量比で65/35とした。該粉末を押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。成形体を900℃で熱処理して仮焼体とした。仮焼体の表面に、スラリーコート法により固体電解質を成形した。この支持体を1300℃で焼成した。次に、固体電解質の表面にスラリーコート法により空気極を形成し、1100℃で焼成した。なお、燃料極支持体は、焼成後の寸法で、外径10.4mm、肉厚1.5mm、有効セル長100mmとした。空気極の面積は、25.2cm2になるようにした。
本実施例での集電部の溶液として、次に挙げる樹脂と溶剤と金属粉を備えている。樹脂としてアクリル樹脂を用い、溶剤としてα-テルピネオールを用い、金属粉としてAgおよびPdを用いた。表1に示す割合、すなわち第一溶液の金属粉としてAg90.0重量% 、Pd10.0重量%で秤量し、第一溶液が塗布された表面に塗布する第二溶液として、第一溶液に混合されている同種類の樹脂と溶剤、Ag99.5重量% とPd0.5重量%を秤量した。樹脂、溶剤、金属粉を調合したコーティング液は、混合攪拌した。尚、ここでいう金属粉の割合とは、集電部を100重量%としたときに含まれる金属粉(Ag、Pd)の割合を示す。
空気極上への集電部の形成方法としては、本発明における固体電解質の作製方法については、特に制限はなく、スラリーコート法、テープキャスティング法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレー法、フローコート法、ロールコート法ならびにこれらの併用など、既知の塗布手段を適宜採用することができる。
固体酸化物形燃料電池セルにスクリーン印刷法でコーティング液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後700℃1時間焼成し、空気極の外側に集電部を形成した固体酸化物形燃料電池セルを得た。よって、集電部は、AgとPdを備える合金となった。
なお、得られた集電部のAgとPdを含有する合金の割合は、このセル集電部表面または断面をEPMA分析により定量値を求めることができる。この割合は、後述する表1に示す割合と等しいものであった。即ち、第一溶液を塗布された箇所は、Ag90.0重量% 、Pd10.0重量%のAg/Pd合金になり、第二溶液を塗布された箇所は、Ag99.5重量% 、Pd0.5重量%のAg/Pd合金になった。
表1に示すように集電部の第一溶液 にAg90.0重量% 、Pd10.0重量%、集電部第二溶液にAg99.0重量%、 Pd1.0重量%、集電部第三溶液にAg99.5重量% 、Pd0.5重量%を用い、塗り回数を3回にした以外は、実施例1と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表1に示すように集電部の第一溶液に Ag97.0重量%、 Pd3.0重量%、集電部第二溶液にAg99.0重量%、 Pd1.0重量%、集電部第三溶液にAg99.5重量% 、Pd0.5重量%を用い、塗り回数を3回にした以外は、実施例1と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表1に示すように集電部のAg100重量%溶液、集電部第二溶液にAg99.8重量% 、Pd0.2重量%を用いた以外は、実施例1と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表1に示すように集電部の第一溶液 にAg99.5重量% 、Pd0.5重量%、集電部第二溶液にAg90.0重量% 、Pd10.0重量%を用いた以外は、実施例1と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表1に示すように集電部の第一溶液に Ag99.5重量%、 Pd0.5重量%、集電部第二溶液にAg99.0重量%、 Pd1.0重量%、集電部第三溶液にAg90.0重量% 、Pd10.0重量%を用いた以外は、実施例1と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
N i O粉末と、(ZrO2)0.90(Y2O3)0.10(以下YSZと略称する)粉末の混合物を湿式混合法で作製後、熱処理、粉砕を行い燃料極支持体原料粉末を得た。NiO粉末とYSZ粉末の混合比は重量比で65/35とした。該粉末を押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。成形体を900℃で熱処理して仮焼体とした。仮焼体の表面に、スラリーコート法により固体電解質を成形した。この支持体を1300℃で焼成した。次に、固体電解質の表面にスラリーコート法により空気極を形成し、1100℃で焼成した。なお、燃料極支持体は、焼成後の寸法で、外径10.4mm、肉厚1.5mm、有効セル長100mmとした。空気極の面積は、25.2cm2になるようにした。
本実施例での集電部の溶液として、次に挙げる樹脂と溶剤と金属粉を備えている。
樹脂としてアクリル樹脂を用い、溶剤としてα-テルピネオールを用い、金属粉としてAgおよびPdを用いた。表2に示す割合、すなわち第一溶液の金属粉としてAg99.8重量%、 Pd0.2重量%で秤量し、第一溶液の上に塗布する溶液としてAg100重量%溶液を準備し、第一溶液に混合されている同種類の樹脂と溶剤とAg100重量%を秤量した。樹脂、溶剤、金属粉を調合したコーティング液は、混合攪拌した。尚、ここでいう金属粉の割合とは、集電部を100重量%としたときに含まれる金属粉(Ag、Pd)の割合を示す。
空気極上への集電部の形成方法としては、スラリーコート法、テープキャスティング法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレー法、フローコート法、ロールコート法ならびにこれらの併用など、既知の塗布手段を適宜採用することができる。
固体酸化物形燃料電池セルにスクリーン印刷法でコーティング液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後700℃1時間焼成し、空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
固体酸化物形燃料電池セルの空気極に第一溶液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後、集電部Ag100重量%溶液を塗布し、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後、700℃1時間焼成し、空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。前記集電部は、AgとPdを備える合金である。前記集電部は、Ag/Pd合金であり、また表側にはPdが露出せず、Agのみが露出している固体酸化物形燃料電池セルを得た。
なお、得られた集電部のAgとPdを含有する合金の割合は、このセル集電部表面または断面をEPMA分析により定量値を求めることができる。この割合は、後述する表2に示す割合と等しいものであった。即ち、第一溶液を塗布された箇所は、Ag99.8重量% 、Pd0.2重量%のAg/Pd合金になり、Ag100重量%溶液を塗布された箇所は、Ag100重量%になった。
表2に示すように集電部の第一溶液をAg99.5重量% 、Pd0.5重量%にした以外は、実施例4と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表2に示すように集電部の第一溶液をAg99.0重量% 、Pd1.0重量%にした以外は、実施例4と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表2に示すように集電部の第一溶液をAg98.5重量% 、Pd1.5重量%にした以外は、実施例4と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表2に示すように集電部の第一溶液をAg98.0重量% 、Pd2.0重量%にした以外は、実施例4と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表2に示すように集電部の第一溶液をAg95.0重量% 、Pd5.0重量%にした以外は、実施例4と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表2に示すように集電部第一溶液をAg100重量%にした以外は、実施例4と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。即ち、Ag100重量%溶液を塗布した後に乾燥させ、再度Ag100重量%溶液を塗布した。
表2に示すように集電部の第一溶液及び第二溶液をAg99.9重量%、 Pd0.1重量%にした以外は、実施例4と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。即ち、Ag99.9重量%、 Pd0.1重量%溶液を塗布した後に乾燥させ、再度Ag99.9重量%、 Pd0.1重量%溶液を塗布した。
表2に示すように集電部の第一溶液及び第二溶液をAg90.0重量% 、Pd10.0 重量%にした以外は、実施例4と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。即ち、Ag90.0重量%、 Pd10.0重量%溶液を塗布した後に乾燥させ、再度Ag90.0重量%、 Pd10.0重量%溶液を塗布した。
N i O粉末と、(ZrO2)0.90(Y2O3)0.10(以下YSZと略称する)粉末の混合物を湿式混合法で作製後、熱処理、粉砕を行い燃料極支持体原料粉末を得た。NiO粉末とYSZ粉末の混合比は重量比で65/35とした。該粉末を押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。成形体を900℃で熱処理して仮焼体とした。仮焼体の表面に、スラリーコート法により固体電解質を成形した。この支持体を1300℃で焼成した。次に、固体電解質の表面にスラリーコート法により空気極を形成し、1100℃で焼成した。なお、燃料極支持体は、焼成後の寸法で、外径10.4mm、肉厚1.5mm、有効セル長100mmとした。空気極の面積は、25.2cm2になるようにした。
本実施例での集電部の溶液として、次に挙げる樹脂と溶剤と金属粉を備えている。
樹脂としてアクリル樹脂を用い、溶剤としてα-テルピネオールを用い、金属粉としてAgおよびPdを用いた。表3に示す割合、すなわち第一溶液の金属粉としてAg90.0重量% 、Pd10.0重量%で秤量し、第一溶液の上に塗布する第二溶液として、第一溶液に混合されている同種類の樹脂と溶剤とAg99.5重量% とPd0.5重量%を秤量した。樹脂、溶剤、金属粉を調合したコーティング液は、混合攪拌した。尚、ここでいう金属粉の割合とは、集電部を100重量%としたときに含まれる金属粉(Ag、Pd)の割合を示す。
空気極上への集電部の形成方法としては、スラリーコート法、テープキャスティング法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレー法、フローコート法、ロールコート法ならびにこれらの併用など、既知の塗布手段を適宜採用することができる。
固体酸化物形燃料電池セルにスクリーン印刷法でコーティング液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後700℃1時間焼成し、空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
固体酸化物形燃料電池セルの空気極に第一溶液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後、第二溶液を塗布し、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後、700℃1時間焼成し、空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。集電部は、AgとPdを備える合金である。すなわち Ag/Pd合金であり、Ag/PdのAg割合が集電部の表側の方が高い固体酸化物形燃料電池セルを得た。
なお、得られた集電部のAgとPdを含有する合金の割合は、このセル集電部表面または断面をEPMA分析により定量値を求めることができる。この割合は、後述する表3に示す割合と等しいものであった。即ち、第一溶液を塗布された箇所は、Ag90.0重量% 、Pd10.0重量%のAg/Pd合金になり、第二溶液を塗布された箇所は、Ag99.5重量% 、Pd0.5重量%のAg/Pd合金になった。
表3に示すように集電部の第一溶液 にAg90.0重量% 、Pd10.0重量%、集電部第二溶液にAg99.0重量%、 Pd1.0重量%、集電部第三溶液にAg99.5重量% 、Pd0.5重量%を用い、塗り回数を3回にした以外は、実施例10と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表3に示すように集電部の第一溶液に Ag97.0重量%、 Pd3.0重量%、集電部第二溶液にAg99.0重量%、 Pd1.0重量%、集電部第三溶液にAg99.5重量% 、Pd0.5重量%を用い、塗り回数を3回にした以外は、実施例10と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表3に示すように集電部にAg100重量%溶液、集電部第二溶液にAg99.8重量% 、Pd0.2重量%を用いた以外は、実施例10と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
N i O粉末と、(ZrO2)0.90(Y2O3)0.10(以下YSZと略称する)粉末の混合物を湿式混合法で作製後、熱処理、粉砕を行い燃料極支持体原料粉末を得た。NiO粉末とYSZ粉末の混合比は重量比で65/35とした。該粉末を押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。成形体を900℃で熱処理して仮焼体とした。仮焼体の表面に、スラリーコート法により固体電解質を成形した。この支持体を1300℃で焼成した。次に、固体電解質の表面にスラリーコート法により空気極を形成し、1100℃で焼成した。なお、燃料極支持体は、焼成後の寸法で、外径10.4mm、肉厚1.5mm、有効セル長100mmとした。空気極の面積は、25.2cm2になるようにした。
本実施例での集電部の溶液として、次に挙げる樹脂と溶剤と金属粉を備えている。
樹脂としてアクリル樹脂を用い、溶剤としてα-テルピネオールを用い、金属粉としてAgおよびPdを用いた。表4に示す割合、すなわち第一溶液の金属粉としてAg99.8重量%、 Pd0.2重量%で秤量し、第一溶液の上に塗布する溶液としてAg100重量%溶液を準備し、第一溶液に混合されている同種類の樹脂と溶剤とAg100重量%を秤量した。樹脂、溶剤、金属粉を調合したコーティング液は、混合攪拌した。尚、ここでいう金属粉の割合とは、集電部を100重量%としたときに含まれる金属粉(Ag、Pd)の割合を示す。
空気極上への集電部の形成方法としては、スラリーコート法、テープキャスティング法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレー法、フローコート法、ロールコート法ならびにこれらの併用など、既知の塗布手段を適宜採用することができる。
固体酸化物形燃料電池セルにスクリーン印刷法でコーティング液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後700℃1時間焼成し、空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
固体酸化物形燃料電池セルの空気極に第一溶液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後、集電部Ag100重量%溶液を塗布し、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後、700℃1時間焼成し、空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。前記集電部は、AgとPdを備える合金である。前記集電部は、Ag/Pd合金であり、また表側にはPdが露出せず、Agのみが露出している固体酸化物形燃料電池セルを得た。
なお、得られた集電部のAgとPdを含有する合金の割合は、このセル集電部表面または断面をEPMA分析により定量値を求めることができる。この割合は、後述する表4に示す割合と等しいものであった。即ち、第一溶液を塗布された箇所は、Ag99.8重量% 、Pd0.2重量%のAg/Pd合金になり、Ag100重量%溶液を塗布された箇所は、Ag100重量%になった。
表4に示すように集電部の第一溶液をAg99.5重量% 、Pd0.5重量%にした以外は、実施例13と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表4に示すように集電部の第一溶液をAg99.0重量% 、Pd1.0重量%にした以外は、実施例13と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表4に示すように集電部の第一溶液をAg98.5重量% 、Pd1.5重量%にした以外は、実施例13と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表4に示すように集電部の第一溶液をAg98.0重量% 、Pd2.0重量%にした以外は、実施例13と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表4に示すように集電部の第一溶液をAg95.0重量% 、Pd5.0重量%にした以外は、実施例13と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
表4に示すように集電部第一溶液をAg100重量%にした以外は、実施例13と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。即ち、Ag100重量%溶液を塗布した後に乾燥させ、再度Ag100重量%溶液を塗布した。
表4に示すように集電部の第一溶液及び第二溶液をAg99.9重量%、 Pd0.1重量%にした以外は、実施例13と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。即ち、Ag99.9重量%、 Pd0.1重量%溶液を塗布した後に乾燥させ、再度Ag99.9重量%、 Pd0.1重量%溶液を塗布した。
表4に示すように集電部の第一溶液及び第二溶液をAg90.0重量% 、Pd10.0 重量%にした以外は、実施例13と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。即ち、Ag90.0重量%、 Pd10.0重量%溶液を塗布した後に乾燥させ、再度Ag90.0重量%、 Pd10.0重量%溶液を塗布した。
集電部の密着性試験
コーティング液を塗布し、焼成した後、固体酸化物形燃料電池セルの半周に市販のセロハンテープを気泡が入らないように貼り付け、剥離させた。その際に、セル表面に集電部が残っているか否かを目視で判定した。
2. 固体酸化物形燃料電池セルユニットの発電試験
得られた固体酸化物形燃料電池セルユニット(電極有効面積:25.2cm2 )を用いて発電試験を行った。燃料極側の集電は、図1に示す燃料極端子24にAg線を外周に巻きつけ行った。空気極側の集電も、空気極端子26にAg線を外周に巻きつけ行った。発電条件としては、燃料は( H2 + 3%H2O)とN2の混合ガスとした。燃料利用率は80%とした。酸化剤ガスは空気とした。測定温度は700℃ とし、電流密度0.2A/cm2での発電電位を測定した。
Claims (7)
- 固体酸化物形燃料電池セルにAg/Pd合金を含む第一溶液を適用し、
次に第一溶液よりもAg量が多いAg/Pd合金を含む第二溶液を適用し、
焼成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル。 - 固体酸化物形燃料電池セルにAg/Pd合金を含む第一溶液を適用し、
次にAg100重量%である溶液を適用し、
焼成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル。 - 燃料極と、
前記燃料極に配置される電解質と、
前記電解質に配置される空気極と、
を備える固体酸化物形燃料電池セルであって、
前記空気極に配置される集電部を備え、
前記集電部はAg/Pd合金であり、
前記Ag/PdのAg割合が前記集電部の表側の方が高いことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル。 - 燃料極と、
前記燃料極に配置される電解質と、
前記電解質に配置される空気極と、
を備える固体酸化物形燃料電池セルであって、
前記空気極に配置される集電部を備え、
前記集電部はAg/Pd合金であり、
また表側にはPdが露出せず、Agのみが露出していることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル。 - 請求項3乃至4いずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池セルと、
前記空気極に配置される集電部と、
前記集電部と電気的に接続され、
前記固体酸化物形燃料電池セルの軸方向から電流を取り出すための端子と、
を備えることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルユニット。 - 請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池セルユニットを備えた燃料電池モジュール。
- 請求項1乃至4いずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池セルを備えた燃料電池モジュール。
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