JP2011514629A - 高出力および高い機械的強度を有する安価な電解質支持型高温燃料電池のための電解質 - Google Patents
高出力および高い機械的強度を有する安価な電解質支持型高温燃料電池のための電解質 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明の目的は、約20〜25%のクロム含有量を有するフェライト鉄−クロム鋼または合金の作動温度範囲、すなわち、800〜900℃において、下記の特徴を有する電解質支持型電池のための電解質を提供することである。
本発明の目的は、酸化イッテルビウム(III)(=Yb2O3)でドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)(=ZrO2)を実質的に含み、当該酸化イッテルビウム(III)の割合が、各場合、酸化ジルコニウム(IV)に対して、3.5〜6.5mol%、好ましくは4〜6mol%、特に好ましくは4.25〜5.75mol%、特段には4.5〜5.5mol%、最も好ましくは4.8〜5.2mol%、具体的には5mol%である電解質によって達成される。必要な電池出力を有する電解質支持型燃料電池は、本発明の電解質を主成分として製造することができる。
燃料電池の本発明による電解質は、酸化イッテルビウム(III)(=Yb2O3)によってドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)(=ZrO2)を実質的に含み、当該酸化イッテルビウム(III)の割合が、各場合、酸化ジルコニウム(IV)に対して、3.5〜6.5mol%、好ましくは4〜6mol%、特に好ましくは4.25〜5.75mol%、特段には4.6〜5.5mol%、最も好ましくは4.8〜5.2mol%、具体的には5.0mol%である。
まず、薄層がテープキャスティング法によってキャスティングスリップから製造され、続いてこれらを焼結して電解質を得る。
キャスティングスリップを製造するために、例えば、50質量%の、5mol%のYb2O3でドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)粉末と、50質量%のバインダー懸濁液、例えば、Ferro社によって供給される配合完了済みのバインダー懸濁液B−73208とを使用する。
・最大引張り強度=7.8±0.1MPa
・最大引張り強度での伸び率=43.0±0.8%
・空気中における600℃での強熱減量=17.4質量%
焼結温度および時間は、第一に非常に低い間隙率、第二に非常に低い粒子成長が達成され、その結果として、説明したような高い伝導率および強度が得られるように選択されるべきである。これらの条件は、1400〜1550℃、好ましくは1400〜1475℃、特に好ましくは1400〜1445℃の焼結温度における、酸化イッテルビウム(III)でドーピングされた好適な酸化ジルコニウム(IV)粉末の使用により実現することができる。焼結時間は、概して15〜600分間、好ましくは60〜180分間、特に好ましくは60〜120分間である。
Yb2O3でドーピングした薄い酸化ジルコニウム(IV)電解質の曲げ破壊強度を測定するために、シリンダー曲げ破壊試験を用いた。この場合、50mm×7.7mmの長さ×幅並びに約95μmの厚さhを有する電解質試験体を、直径が徐々に小さくなる様々なプラスチックシリンダーの周りにおいて、当該試験体がもうこれ以上曲げることができず破壊するまで曲げた。この半径Rは、最大曲げ破壊半径として測定し、最大曲げ破壊応力σmax Lは、Y2O3でドーピングした酸化ジルコニウム(IV)に対する典型的な値に対応するE’=200GPaのYb2O3でドーピングした酸化ジルコニウム(IV)のE係数を想定して、以下の式:
実施例1(図8):
5.96mol%のYb2O3でドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)による75μmの厚さの層を含み、1500℃で30分間焼結され、約800MPaの強度を有し(シリンダー曲げ破壊試験におけるストリップ)、ドーパント濃度に対する伝導度の比率が1.11である、本発明による電解質を、上記において説明した電極ペーストにより上記において説明した方法でコーティングし、その後1200℃で焼成した。これにより、結果として、0.28Ωcm2の面積抵抗を有する電池を得る。
4.12mol%のYb2O3でドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)による54μm厚の層を含み、1500℃で60分間焼結され、約1240MPaの強度を有し(シリンダー曲げ破壊試験におけるストリップ)、ドーパント濃度に対する伝導度の比率が1.02である、本発明による電解質を、上記において説明した電極ペーストにより上記において説明した方法でコーティングし、その後1200℃で焼成した。これにより、結果として、0.31Ωcm2の面積抵抗を有する電池を得る。
出発材料は、本発明による電解質層であり、当該電解質層は、4.96mol%のYb2O3でドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)の89μm厚の層を含み、1500℃で60分間焼結され、約1040MPaの強度を有し(シリンダー曲げ破壊試験におけるストリップ)、ドーパント濃度に対する伝導度の比率が1.06である。さらに、電解質層の粒体の少なくとも98%が、1.8μmの最大直径を有する。次いで、当該電解質層を、上記において説明した電極ペーストにより上記において説明した方法でコーティングし、その後1200℃で焼成した。結果として、0.32Ωcm2の面積抵抗を有する電池を得る。
出発材料は、本発明による電解質層であり、当該電解質層は、4.96mol%のYb2O3でドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)の91μm厚の層を含み、1500℃で60分間焼結され、約1040MPaの強度を有し(シリンダー曲げ破壊試験におけるストリップ)、ドーパント濃度に対する伝導度の比率が1.06である。さらに、電解質層の粒体の少なくとも98%が、1.8μmの最大直径を有する。次いで、当該電解質層を、上記において説明した電極ペーストにより上記において説明した方法でコーティングし、その後1250℃で焼成した。結果として、0.36Ωcm2の面積抵抗を有する電池を得る。
3mol%のY2O3でドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)の90μm厚の層を含み、1500℃で60分間焼結され、約1440MPaの強度を有する(シリンダー曲げ破壊試験におけるストリップ)、従来技術に対応する電解質層を、上記において説明した電極ペーストにより上記において説明した方法でコーティングし、その後1200℃で焼成した。結果として、0.49Ωcm2の面積抵抗を有する電池を得る。
3mol%のY2O3でドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)の90μm厚の層を含み、1500℃で60分間焼結され、約1440MPaの強度を有する(シリンダー曲げ破壊試験におけるストリップ)、従来技術に対応する電解質層を、上記において説明した電極ペーストにより上記において説明した方法でコーティングし、その後1250℃で焼成した。結果として、0.53Ωcm2の面積抵抗を有する電池を得る。
Claims (10)
- 電解質支持型高温燃料電池のための電解質であって、
該電解質が、3.5〜6.5mol%の酸化イッテルビウム(III)でドーピングされた酸化ジルコニウム(IV)を含み、並びに
該電解質が、800℃で10.6×10-6K-1〜11.1×10-6K-1の範囲の、30℃に基づく熱膨張係数(TEC)を有することを特徴とする、電解質。 - 前記電解質層の厚さが50〜150μmであることを特徴とする、請求項1に記載の電解質。
- 4.6〜5.5mol%、特に4.8〜5.2mol%の酸化イッテルビウム(III)でドーピングされる場合に、前記酸化ジルコニウム(IV)の粒体の少なくとも98%が、焼結後に、熱的にエッチングされた研磨片の電子顕微鏡写真において、2.0μm以下の視認可能な直径を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の電解質。
- 機械的強度が規格EN1288−2の二重環測定方法によって決定される場合に、前記電解質層が700MPaを超える機械的強度を有するか、
あるいは
50mm×7.7mm×0.090mmの寸法を有する電解質ストリップの張力下で、体積に対して、機械的強度がシリンダー曲げ破壊試験によって決定される場合に、前記電解質層が800MPaを超える機械的強度を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解質。 - 前記電解質層の2つの特性の比率、すなわち、前記ドーパント濃度で除された前記伝導度が、パラメータとして以下の値:
(単位シーメンス/メートルで測定される、850℃での前記電解質の比伝導度)/(mol%で測定される、酸化イッテルビウム(III)による前記酸化ジルコニウム(IV)のドーピング濃度)>1.0S/(mmol%)を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電解質。 - 前記電解質支持型電池の前記面積比抵抗が、≦0.4Ωcm2であることを特徴とする、電解質支持型燃料電池の構成要素としての、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電解質。
- 前記電解質層が、最初に、シートとしてキャスティングされ、続いて焼結され、
この場合、焼結工程が、1400〜1550℃の温度で実施され、該電解質層が該焼結温度に保持される時間が15〜600分間であることを特徴とする、電解質支持型燃料電池のための、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電解質の製造。 - 1475℃〜1550℃の焼結温度での前記保持時間が、好ましくは15〜60分間であるか、または1445℃〜14750℃の焼結温度での前記保持時間が、好ましくは60〜180分間であるか、または1400℃〜1445℃の焼結温度での前記保持時間が、好ましくは120〜600分間であることを特徴とする、請求項7に記載の電解質の製造。
- 電解質支持型燃料電池のための、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電解質の使用。
- 11.5〜12.5×10-6K-1の熱膨張係数を有する相互接続部材を有する燃料電池スタックのための、請求項9に記載の燃料電池の使用。
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---|---|---|---|---|
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KR20110109104A (ko) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | 삼성전기주식회사 | 금속 산화물-이트리아 안정화 지르코니아 복합체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 |
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DE102013218053A1 (de) * | 2013-09-10 | 2015-03-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Verbindung eines elektrisch leitfähigen Kontaktelements mit wenigstens einer einer Brennstoffzelle zugeordneten, elektrisch leitfähigen Brennstoffzellenkomponente |
CN109818022B (zh) * | 2019-01-23 | 2021-01-01 | 永兴特种材料科技股份有限公司 | 一种电解质材料的制备方法 |
CN113330613B (zh) * | 2019-01-30 | 2024-02-02 | 日本碍子株式会社 | 电化学电池 |
CN113727579A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-30 | 珠海格力电器股份有限公司 | 燃料电池电压转换器散热系统及散热方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06329468A (ja) * | 1993-05-24 | 1994-11-29 | Shinagawa Refract Co Ltd | ジルコニア質焼結体及びその製造方法 |
JPH1097859A (ja) * | 1996-09-24 | 1998-04-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型電気化学セルおよびその製造方法 |
JP2000506671A (ja) * | 1996-03-18 | 2000-05-30 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | プレーナー型燃料電池用電気インターコネクタ |
JP2005100816A (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Kyocera Corp | 燃料電池セルの製法 |
JP2007502012A (ja) * | 2003-06-09 | 2007-02-01 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | スタック支持された固体酸化物型燃料電池 |
WO2007013567A1 (ja) * | 2005-07-27 | 2007-02-01 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | 固体電解質シートの製造方法および固体電解質シート |
JP2010500957A (ja) * | 2006-08-17 | 2010-01-14 | ハー.ツェー.スタルク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 酸化ジルコニウム及びその製造方法 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5833190B2 (ja) | 1977-10-15 | 1983-07-18 | トヨタ自動車株式会社 | 酸素イオン導伝性固体電解質用安定化ジルコニア |
US4459341A (en) | 1983-02-02 | 1984-07-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | High temperature solid electrolyte fuel cell with ceramic electrodes |
DE69314733T2 (de) | 1992-08-20 | 1998-02-19 | Osaka Gas Co Ltd | Brennstoffzellenanlage |
DE4238688A1 (de) * | 1992-11-17 | 1994-05-19 | Bosch Gmbh Robert | Gesinterter Festelektrolyt mit hoher Sauerstoffionenleitfähigkeit |
JP3981418B2 (ja) | 1997-04-30 | 2007-09-26 | ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレーテッド | 固体電気化学装置用の電極構造体 |
US6294128B1 (en) * | 2000-10-13 | 2001-09-25 | Ford Global Technologies, Inc. | Method of making a supported plurality of electrochemical extruded membranes |
NL1016458C2 (nl) | 2000-10-23 | 2002-05-01 | Stichting En Onderzoek Ct Nede | Anodesamenstel. |
AT4810U1 (de) * | 2001-05-31 | 2001-11-26 | Plansee Ag | Stromsammler für sofc-brennstoffzellen |
JP3996861B2 (ja) * | 2002-05-29 | 2007-10-24 | 京セラ株式会社 | 燃料電池セル及び燃料電池 |
DE10334131A1 (de) | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Webasto Ag | Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels |
DE10334129B4 (de) | 2003-07-25 | 2010-04-08 | Staxera Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels |
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JP4551806B2 (ja) * | 2005-04-14 | 2010-09-29 | 株式会社日本触媒 | ジルコニア系グリーンシート、ジルコニア系シートおよびその製法 |
US7799716B2 (en) | 2006-03-03 | 2010-09-21 | Sulzer Metco (Us), Inc. | Partially-alloyed zirconia powder |
CN101855767A (zh) * | 2007-11-13 | 2010-10-06 | 博隆能源股份有限公司 | 针对较长寿命和较高电力设计的电解质支撑型电池 |
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Patent Citations (7)
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---|---|---|---|---|
JPH06329468A (ja) * | 1993-05-24 | 1994-11-29 | Shinagawa Refract Co Ltd | ジルコニア質焼結体及びその製造方法 |
JP2000506671A (ja) * | 1996-03-18 | 2000-05-30 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | プレーナー型燃料電池用電気インターコネクタ |
JPH1097859A (ja) * | 1996-09-24 | 1998-04-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型電気化学セルおよびその製造方法 |
JP2007502012A (ja) * | 2003-06-09 | 2007-02-01 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | スタック支持された固体酸化物型燃料電池 |
JP2005100816A (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Kyocera Corp | 燃料電池セルの製法 |
WO2007013567A1 (ja) * | 2005-07-27 | 2007-02-01 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | 固体電解質シートの製造方法および固体電解質シート |
JP2010500957A (ja) * | 2006-08-17 | 2010-01-14 | ハー.ツェー.スタルク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 酸化ジルコニウム及びその製造方法 |
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