JP2010198889A - 横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックおよび燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池セル13が、ガス流路12を内部に備えた電気絶縁性の支持体11の表面に複数並設され、複数の燃料電池セル13が直列に接続されている横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、支持体11が、MgO粒子とY2O3粒子とを含んで構成されるとともに、前記MgO粒子と前記Y2O3粒子との結合部の平均長さを、0.1〜2μmにした。この横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを、収納容器内に複数収納してなる燃料電池である。
【選択図】図1
Description
一方、MgO粒子とY2O3粒子との結合部の平均長さが、前記特定の範囲外であると、支持体11の強度と開気孔率とを両立させることが困難となる。
まず、図5に示す支持体成形体51を作製した。具体的に説明すると、用いた原料粉末は、次の通りである。
NiO粉末:平均粒径0.5〜1.0μm
MgO粉末:表1および図9(a)〜(c)に示すように、平均粒径と分散状態とが異なるMgO−A、MgO−B、およびMgO−C
Y2O3粉末:平均粒径0.8〜1.5μm
前記NiO粉末、MgO粉末およびY2O3粉末を、NiO粉末が15モル%、MgO粉末が71.8モル%、Y2O3粉末が13.2モル%となるように、かつMgO−A〜Cが表2に示す組み合わせとなるよう配合し、混合して各混合物を得た(表2中の試料No.1〜9)。
続いて、図6(a)に示すように、平均粒径0.5μmの8YSZ粉末に、アクリル系バインダーとトルエンとを混合したスラリーを、ドクターブレード法にて塗布して乾燥し、厚さ40μmの固体電解質層テープ53bを作製した。
次に、ランタンクロマイト(LaCrO3)とPVA系バインダーで、ディップ用スラリーを作製し、次いで、図7(a)に示すように、先に作製した積層テープの両端部を除いた部分をマスキングテープ61で覆った。そして、ディップ用スラリーでディップして乾燥させ、マスキングテープを除去してインターコネクタ成形体14とセルスタック間接続部材成形体15とを形成した後、1485℃で2時間焼成した。
次いで、図8(a)に示すように、セルスタック間接続部材15の全面と、インターコネクタ14の表面のうち、インターコネクタ14が燃料極層テープ13aと接続されている側と反対側の一部を除く面とを、マスキングテープ63でマスキングした。次いで、図8(b)に示すように、平均粒径0.7μmのランタンコバルタイト(LaCoO3)とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを、マスキングした積層体に吹き付け、厚さ20μmの空気極層成形体53cを形成した。
次いで、空気極層成形体53cを形成した積層体のマスキングテープ63を除去し、その後、1100℃で処理を行い、図1に示す横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを得た(試料No.1〜9)。得られた各セルスタックについて、支持体11におけるMgO粒子とY2O3粒子との結合部(ネック部)の平均長さ、開気孔率および3点曲げ強度の測定と、発電性能試験とを行った。各測定方法および試験方法を、以下に示す。
各セルスタックを燃料電池セル上で破断し、支持体の組織写真(反射電子像)をSEMで撮影した(倍率:5000倍)。撮影した支持体の組織写真から、NiOを固溶したMgO粒子と、Y2O3粒子との結合部(ネック部)の長さの平均値を計測した。計測した値を、0.25μmの範囲で区分して、結合部の平均長さを算出した。平均値は、組織写真内の計100箇所の結合部の長さを計測した値の平均値を採用した。各試料の測定結果を表2に示す。なお、撮影した組織写真の一例として、試料No.2の支持体の組織写真を図10(a)に示し、試料No.5の支持体の組織写真を図10(b)に示す。
開気孔率はアルキメデス法により測定し、3点曲げ強度はJIS規格(JIS R1601)に基く3点曲げ強度により測定した。各試料の測定結果を表2に示す。なお、開気孔率と3点曲げ強度は、N数が9個の平均値を採用した。
作製した各セルスタックのうち、試料No.3および試料No.5を用いてセルスタックの発電性能試験を行った。具体的には、支持体のガス流路内部に還元ガス(N2/H2)、外周部に酸化ガス(空気)を導入し、セルスタックの中心部が750℃(先端部近傍が800〜850℃)になるように昇温し、200時間保持した。その後、還元ガス(N2/H2)流量を調整することにより燃料利用率を変化させ、同時に各セルスタックのセル電圧を測定評価した。その結果を、図11に示す。
12 ガス流路
13 燃料電池セル
13a 燃料極層
13b 固体電解質層
13c 空気極層
14 インターコネクタ
15 セルスタック間接続部材
20 導電部材
Claims (5)
- 内側電極層、固体電解質層および外側電極層をこの順に積層してなる燃料電池セルが、ガス流路を内部に備えた電気絶縁性の支持体の表面に複数並設され、一方の前記燃料電池セルの内側電極層と、該一方の燃料電池セルに隣接する他方の前記燃料電池セルの外側電極層とが電気的に接続されて、前記複数の燃料電池セルが直列に接続されている横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、
前記支持体が、MgO粒子とY2O3粒子とを含んで構成されるとともに、前記MgO粒子と前記Y2O3粒子との結合部の平均長さが、0.1〜2μmであることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。 - 前記支持体はSiO2、Al2O3およびB2O3の含有量がそれぞれ200ppm以下であることを特徴とする請求項1に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
- 前記支持体が30〜40%の開気孔率を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
- 前記支持体が70〜120MPaの3点曲げ強度を有することを特徴とする請求項1〜3のうちいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
- 収納容器内に、請求項1〜4のうちいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを複数収納してなることを特徴とする燃料電池。
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