JP2012059683A - 固体酸化物燃料電池用集電材、その製造方法及びこれを用いた固体酸化物燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】伝導性セラミックシートを用いて集電材の保護層を形成することにより、工程の単純化による生産性向上及びコスト低減の効果を得ることができる固体酸化物燃料電池用集電材、その製造方法及びこれを用いた固体酸化物燃料電池を提供する。
【解決手段】固体酸化物燃料電池用集電材１００は、金属基板１０１、及び金属基板１０１をくるむ伝導性セラミック保護層１０２を含んで、伝導性セラミック保護層１０２が一対のセラミックシートの間に金属基板１０１を位置させて積層して形成される。
【選択図】図１
【解決手段】固体酸化物燃料電池用集電材１００は、金属基板１０１、及び金属基板１０１をくるむ伝導性セラミック保護層１０２を含んで、伝導性セラミック保護層１０２が一対のセラミックシートの間に金属基板１０１を位置させて積層して形成される。
【選択図】図１
Description
本発明は、固体酸化物燃料電池用集電材、その製造方法及びこれを用いた固体酸化物燃料電池に関する。
固体酸化物燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、酸素または水素イオン伝導性を有する固体酸化物を電解質として用いて、燃料電池のうちもっとも高い温度（７００〜１０００℃）で作動し、全ての構成要素が固体からなっているため他の燃料電池に比べて構造が簡単であり、電解質の損失及び補充と腐食の問題がなく、貴金属触媒が要らず、直接内部改質による燃料供給が容易である。また、高温のガスを排出するため、廃熱を用いた熱複合発展が可能であるという長所も有している。
このような長所のため、固体酸化物燃料電池に関する研究は、２１世紀初の商業化を目標に、アメリカ、日本など先進国を中心に活発になされている。
一般的な固体酸化物燃料電池は、酸素イオン伝導性が高い電解質層とその両面に位置した多孔性の空気極（ｃａｔｈｏｄｅ）及び燃料極（ａｎｏｄｅ）層からなっている。作動原理は、酸素が多孔性の空気極を透過して電解質面に至り、酸素の還元反応によって生成された酸素イオンが緻密な電解質を通じて燃料極に移動し、再び多孔性の燃料極に供給された水素と反応することによって水を生成するようになり、この際、燃料極では電子が生成されて空気極では電子が消耗されるため、二つの電極を互いに連結すると電気が流れるようになるのである。
このような原理で発生した電気を実際用いるためには、一定の水準の電圧及び電流を有しなければならないため、複数個の単位電池を集電材を用いて直列、並列に連結したバンドル、スタックで製作して全体システムを構成するようになる。
夫々の構成要素で発生した電気を集めるためには、伝導性が優れた金属集電材を用いて電気を集めることが好ましいが、燃料電池の作動温度である６５０℃〜1０００℃の間の高温の酸化雰囲気では金属集電材の酸化反応が促進されて酸化膜が形成されやすくなり、電気伝導度が落ちるという問題がある。
従って、燃料電池作動環境での耐久性及び電気伝導度を確保するために、ランタン亜クロム酸塩（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｃｈｒｏｍｉｔｅｓ）、イットリウム亜クロム酸塩（Ｙｔｔｒｉｕｍ ｃｈｒｏｍｉｔｅｓ）のようなセラミック材料からなる保護層を金属集電材上にコーティングして、伝導性保護膜を形成させて用いている。
既存の燃料電池用集電材料の保護膜（コーティング層）の形成方法は、大きくディップコーティング（ｄｉｐ−ｃｏａｔｉｎｇ）及びプラズマスプレー（Ｐｌａｓｍａ ｓｐｒａｙ）またはスパッタ（Ｓｐｕｔｔｅｒ）などを用いる方法がある。
まず、ディップコーティングを用いる場合、コーティングしようとする伝導性セラミック粉末を用いてスラリーを製作した後、集電材を数回にわたって乾燥、ディッピングを経て乾燥膜を形成した後、焼結を通じて緻密なコーティング膜を形成するようになる。この場合、正確なコーティング膜の厚さを制御することが容易でなく、一定の厚さを得るためには数回にわたるディッピング、乾燥を経なければならないため、製作時間が長くかかり、厚いコーティング層を形成することが困難であるという短所がある。
一方、プラズマスプレーを用いる場合、コーティング粉末を溶融させた後、金属板に噴射してコーティングするため、粉末成分の中にＣｒのように揮発されやすい物質が含まれた場合は、最終コーティング層の組成が変わってしまうという問題点があり、噴射によってコーティング膜を形成するため、コーティング膜の表面が均一でなく、コーティングの厚さを制御することが困難であるという問題点がある。
このように、既存のディップコーティング、プラズマスプレー、スパッタなどの方法は、工程が複雑であり、時間とコストが多く要されるという問題点がある。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためのものであり、本発明の一側面は、伝導性セラミックシートを用いて集電材の保護層を形成することにより、工程の単純化による生産性向上及びコスト低減の効果を得ることができる固体酸化物燃料電池用集電材及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の他の側面は、プラズマスプレーまたはディップコーティングのような既存の方法に比べて緻密な保護層の形成が可能であり、高温、酸化雰囲気で金属の耐久性の向上及び優れた電気伝導度を維持することができる固体酸化物燃料電池用集電材及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明のまた他の側面は、前記集電材を用いた固体酸化物燃料電池を提供することを目的とする。
本発明の第１側面によると、金属基板；及び前記金属基板をくるむ伝導性セラミック保護層；を含んで、前記セラミック保護層が一対のセラミックシートの間に前記金属基板を位置させて積層して形成される固体酸化物燃料電池用集電材が提供される。
前記集電材において、前記セラミック保護層は、Ｃｏ−Ｍｎ系スピネル化合物、ペロブスカイト化合物又はこれらの組合せを含むことができる。
前記セラミック保護層は、前記金属基板をくるむ第１伝導性セラミック保護層と前記第１伝導性セラミック保護層をくるむ第２伝導性セラミック保護層を含むことができる。
この際、前記第１伝導性セラミック保護層は、Ｃｏ−Ｍｎ系スピネル化合物を含んで、前記第２伝導性セラミック保護層は、ペロブスカイト化合物を含むことができる。
前記金属基板は、チタン、ステンレス鋼、銅、ニッケル、鉄またはこれらの合金からなった群から選択される金属を含むことができる。
本発明の第２側面によると、金属基板を準備する段階；一対の第１伝導性セラミックシートを準備する段階；及び前記一対の第１伝導性セラミックシートの間に前記基板を位置させて積層して第１積層体を得る段階；を含む固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法が提供される。
前記製造方法において、前記第１伝導性セラミックシートを積層して第１積層体を得る段階の後、一対の第２伝導性セラミックシートを準備する段階；及び前記一対の第２伝導性セラミックシートの間に前記第１積層体を位置させて積層して第２積層体を得る段階；をさらに含むことができる。
前記第１積層体を得る段階の後、前記第１積層体を脱脂及び焼成する段階をさらに含むことができる。
また、前記第２積層体を得る段階の後、前記第２積層体を脱脂及び焼成する段階をさらに含むことができる。
前記第１伝導性セラミックシート及び前記第２伝導性セラミックシートは、テープキャスティング法によって形成されることができる。
前記第１伝導性セラミックシートは、Ｃｏ−Ｍｎ系スピネル化合物、ペロブスカイト化合物またはこれらの組合せを含むことができる。
前記第１伝導性セラミックシートは、Ｃｏ−Ｍｎ系スピネル化合物を含んで、前記第２伝導性セラミックシートはペロブスカイト化合物を含むことができる。
本発明の第３側面によると、金属基板と前記金属基板をくるむセラミック保護層を含んで、前記セラミック保護層が一対のセラミックシートの間に前記金属基板を位置させて積層して形成される集電材を含む固体酸化物燃料電池が提供される。
本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
本発明の好ましい一実施形態によると、伝導性セラミックシートを用いて金属集電材の保護層を形成することにより、緻密なコーティング膜の形成が可能であるため、既存方式に比べて高温、酸化雰囲気での耐久性及び電気伝導度が優れた固体酸化物燃料電池を提供することができる。
また、これによって集電過程での損失を減らすことができて、燃料電池の性能及び長期耐久性を向上させることができる。
さらに、工程単純化による生産性の向上及びコスト低減の効果を得ることができる。
本発明のまた他の好ましい一実施形態によると、テープキャスティングを用いて求める厚さのシートを１μｍ以下の正確度で製作することができて、正確な厚さのコーティング膜の形成が可能であり、シートの幅と長さも容易に調節が可能であるため広い面積に対してもコーティングが可能であり、生産性が優秀である。
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面と係わる以下の詳細な説明および好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。
また、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。本明細書において、第１、第２などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
（固体酸化物燃料電池用集電材）
図１は、本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池用集電材を説明するために概略的に示した断面図であり、図２は、本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池用集電材を説明するために概略的に示した断面図である。
図１は、本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池用集電材を説明するために概略的に示した断面図であり、図２は、本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池用集電材を説明するために概略的に示した断面図である。
図１を参照すると、本発明の第１実施例による固体酸化物燃料電池用集電材１００は、金属基板１０１と、前記金属基板１０１をくるむ伝導性セラミック保護層１０２を含む。
前記固体酸化物燃料電池用集電材１００は、燃料電池のバンドル及びスタック製作時に単位電池間の連結及び発生された電気の集電時または全体発展システムで発生された電気の集電のために用いられる金属集電材であり、伝導性の耐酸化保護層を有する。
前記金属基板１０１は、チタン、ステンレス鋼、銅、ニッケル、鉄またはこれらの合金からなった群から選択される金属を含むことができる。例えば、当業者に公知されたように、クロフェル（ｃｒｏｆｅｒ）、Ｆｅ−Ｎｉ系超合金（ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ）などのような金属板材が用いられることができるが、特にこれに限定されない。
前記セラミック保護層１０２は、Ｃｏ−Ｍｎ系スピネル化合物、ペロブスカイト化合物またはこれらの組合せを含むことができる。
前記スピネル化合物は、ＭｎｘＣＯ３−ｘで示すことができ、ここで１≦ｘ≦２である。
前記ペロブスカイト化合物は、ＡＢＯ３で示すことができ、ここでＡは希土類及びアルカリ土類金属であり、Ｂは遷移金属であり、Ｏは酸素を示す。前記ペロブスカイト化合物には、例えば、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｏなどのようなアルカリ土類金属にドーピングされたり、ドーピングされていないＬａＣｒＯ３／ＹＣｒＯ３が含まれるが、特にこれに限定されるものではない。
前記セラミック保護層１０２は、一対のセラミックシートの間に金属基板１０１を位置させて積層して形成されることにより、緻密なコーティング膜の形成が可能であるため、既存の集電材に比べて耐久性及び電気伝導度が優れて、これによって集電過程での損失を減らすことができて燃料電池の性能及び長期耐久性を向上させることができる。
また、求める厚さのシートを１μｍ以下の正確度で製作することができるため、正確な厚さの保護層の形成が可能であり、シートの幅と長さも容易に調節することができるため、広い面積の金属基板に対しても保護層の形成が容易である。
図２を参照すると、本発明の第２実施例による固体酸化物燃料電池用集電材２００は、金属基板２０１と、前記金属基板２０１をくるむ第１伝導性セラミック保護層２０２と前記第１伝導性セラミック保護層２０２をくるむ第２伝導性セラミック保護層２０３を含む。
前記固体酸化物燃料電池用集電材２００は、燃料電池のバンドル及びスタック製作時に単位電池間の連結及び発生された電気の集電時または全体発展システムで発生された電気の集電のために用いられる金属集電材であり、伝導性の耐酸化保護層を有する。
前記金属基板２０１は、チタン、ステンレス鋼、銅、ニッケル、鉄またはこれらの合金からなった群から選択される金属を含むことができる。例えば、当業者に公知されたように、クロフェル（ｃｒｏｆｅｒ）、Ｆｅ−Ｎｉ系超合金（ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ）などのような金属板材が用いられることができるが、特にこれに限定されるものではない。
前記第１伝導性セラミック保護層２０２及び第２伝導性セラミック保護層２０３は、Ｃｏ−Ｍｎ系スピネル化合物、ペロブスカイト化合物またはこれらの組合せを含むことができる。
前記スピネル化合物は、ＭｎｘＣＯ３−ｘで示すことができ、ここで１≦ｘ≦２である。
前記ペロブスカイト化合物は、ＡＢＯ３で示すことができ、ここでＡは希土類及びアルカリ土類金属であり、Ｂは遷移金属であり、Ｏは酸素を示す。前記ペロブスカイト化合物には、例えば、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｏなどのようなアルカリ土類金属にドーピングされたり、ドーピングされていないＬａＣｒＯ３／ＹＣｒＯ３が含まれるが、特にこれに限定されるものではない。
一方、前記第１伝導性セラミック保護層２０２は、一対のセラミックシートの間に金属基板２０１を位置させて積層して形成されることにより、緻密なコーティング膜の形成が可能であるため、既存の集電材に比べて耐久性及び電気伝導度が優れて、これによって集電過程での損失を減らすことができて燃料電池の性能及び長期耐久性を向上させることができる。
また、求める厚さのシートを１μｍ以下の正確度で製作することができるため、正確な厚さの保護層の形成が可能であり、シートの幅と長さも容易に調節することができるため、広い面積の金属基板に対しても保護層の形成が容易である。
また、前記第２伝導性セラミック保護層２０３は、一対のまた他のセラミックシートの間に前記第１伝導性セラミック保護層２０２が形成された金属基板２０１を位置させて積層して形成されることができる。この場合、第１伝導性セラミック保護層２０２と相異なる材料で第２伝導性セラミック保護層２０３を形成することができ、また前記第１実施例で上述したように求める厚さに調節することが容易である。
例えば、前記第１伝導性セラミック保護層２０２は、Ｃｏ−Ｍｎ系スピネル化合物を含んで、前記第２伝導性セラミック保護層２０３は、ペロブスカイト化合物を含むように構成されることができる。
但し、図２では、セラミック保護層が２層で構成された場合のみを図示したが、当業者であれば実際の適用目的によって３層以上の多層適用も可能であることを十分に認識することができるであろう。
（固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法）
図３から図４は、本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法を説明するために概略的に示した工程図であり、図５から図８は、本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法を説明するために概略的に示した工程図である。
図３から図４は、本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法を説明するために概略的に示した工程図であり、図５から図８は、本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法を説明するために概略的に示した工程図である。
以下、図３から図４を参照して、本発明の好ましい第１実施例による固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法を説明する。
まず、図３を参照すると、金属基板１０１と一対の伝導性セラミックシート１０２ａ、１０２ｂを準備し、前記一対の伝導性セラミックシート１０２ａ、１０２ｂの間に前記金属基板１０１を位置させる。
前記金属基板１０１は、チタン、ステンレス鋼、銅、ニッケル、鉄またはこれらの合金からなった群から選択される金属を含むことができる。例えば、当業界に公知されたように、クロフェル（ｃｒｏｆｅｒ）、Ｆｅ−Ｎｉ系超合金（ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ）などのような金属板材が用いられることができるが、特にこれに限定されるものではない。
前記伝導性セラミックシート１０２ａ、１０２ｂは、通常のテープキャスティング法によって形成されることができる。この他にも、前記伝導性セラミックシート１０２ａ、１０２ｂは、バインダーとセラミック粉末及び溶媒を混合して、熱乾燥を通じてシートを乾燥する方法、感光性材料を用いて乾燥の代わりに露光でシートを製作する方法、インクジェットなどを用いる方法などによって製作されることができる。但し、上述の方法に限定されず、当業界で公知された通常のセラミックシート製作法が全て適用可能である。
例えば、本発明に適用されるテープキャスティング工法は、ＭＬＣＣのようなセラミック部品の製作に用いられる通常のシート製作工法であり、セラミック粉末を厚膜の形態に製造することができる。
前記テープキャスティング工法には、セラミック粉末をスラリー化する工程が含まれる。
この時用いられるセラミック粉末は、例えば、ＢＥＴが２〜１０範囲内の粉末であり、その種類には、上述のセラミック保護層と同一にセラミックシートを構成する材料として、Ｃｏ−Ｍｎ系スピネル化合物、ペロブスカイト化合物またはこれらの組合せを含むことができる。
前記スピネル化合物は、ＭｎｘＣＯ３−ｘで示すことができ、ここで１≦ｘ≦２である。
前記ペロブスカイト化合物は、ＡＢＯ３で示すことができ、ここでＡは希土類及びアルカリ土類金属であり、Ｂは遷移金属であり、Ｏは酸素を示す。前記ペロブスカイト化合物には、例えば、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｏなどのようなアルカリ土類金属にドーピングされたり、ドーピングされていないＬａＣｒＯ３／ＹＣｒＯ３が含まれるが、特にこれに限定されるものではない。
一方、前記スラリー化工程時、ＰＶＢ、ＰＶＡまたはアクリル系列のバインダーを用いて溶媒（ｓｏｌｖｅｎｔ）、分散剤及び可塑剤などの成分と混合した後、適用目的によって、約１５から５００μｍの間の厚さに製作されることができるが、特にこれに限定されるものではない。
以下、前記テープキャスティング工法に対して一例を用いて説明すると、次の通りであるが、特にこれに限定されるものではない。
例えば、セラミック粉末に流動性を与えるための溶媒及び各粉末をスラリー内で均一に分布することができるようにする分散剤とともに混合して１次スラリーを製造する。
次に、製造された１次スラリーに成形形状を焼結過程時まで維持する役割をする架橋剤を添加し、流動性を与えてキャスティングを容易にしたり、成形品に柔軟性を与えるために添加する可塑剤を添加して混合した後、２次スラリーを製造するが、この時には、製造後キャリアテープから容易に離脱されるようにする離型剤及び接着対象物に対する付着力を高める粘着剤などを選択的に添加して、２次スラリーを製造することができる。ここで、粘着剤及び離型剤は、前記キャリアテープ上に既に塗布されている場合は添加しなくてもよい。
上述のように製造された最終２次スラリーをテープキャスティング工程を用いてグリーンテープに製造するようになり、製造されるグリーンテープの厚さをドクターブレード及びキャリアテープの移送速度を制御して調節し、キャリアテープ上にグリーンテープを形成することができる。
このようなテープキャスティング工程を用いたグリンテープを製造する方法は、グリーンテープに可塑性を与えて保管、移動などが容易であるように製造することが容易であり、特に連続的な工程と大量生産の長所を有する。また、グリーンテープの乾燥後に求める形態への成形及び変形が容易であるため、実際の適用目的によって所定の形態に製作されることができる。
上述のように、セラミックシートを用いて金属集電材の保護層を形成する場合、緻密な保護膜の形成が可能であるため、既存方式に比べて耐久性及び電気伝導度が優れて、これによって集電過程での損失を減らすことができて燃料電池の性能及び長期耐久性を向上させることができる。
また、製作工程においても工程が単純になり、求める厚さのシートを１μｍ以下の正確度で製作が可能であるため、正確な厚さの保護膜の形成が可能であり、シートの幅と長さも容易に調節することができるため、広い面積に対してもコーティングが可能であり、生産性に優れた長所がある。
次に、図４を参照すると、上述のように金属基板１０１の両面に位置された一対の伝導性セラミックシート１０２ａ、１０２ｂを積層して、金属基板１０１をくるむ伝導性セラミック保護層１０２を含む集電材１００を製作することができる。
前記積層過程は、例えば、等方圧プレス（Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）などを適用して４０〜１５０℃の間の熱と１〜３００ＭＰａの間の圧力を加えて、伝導性セラミックシート１０２ａ、１０２ｂと金属基板１０１を結合させることができる。
追加的に、上述のようにセラミックシート１０２ａ、１０２ｂと金属基板１０１の接合が完了されると、例えば、熱処理用ファーネス（Ｆｕｒｎａｃｅ）で通常の脱脂及び焼成過程を通じて緻密な膜を形成することができる。
以下、図５から図８を参照して、本発明の好ましい第２実施例による固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法を説明する。
まず、図５を参照すると、金属基板２０１と一対の第１伝導性セラミックシート２０２ａ、２０２ｂを準備し、前記一対の第１伝導性セラミックシート２０２ａ、２０２ｂの間に前記金属基板２０１を位置させる。この際、前記金属基板及び第１伝導性セラミックシートに対しては、前記第１実施例で上述の通りである。
次に、図６を参照すると、上述のように金属基板２０１の両面に位置された一対の第１伝導性セラミックシート２０２ａ、２０２ｂを積層して、金属基板２０１をくるむ第１伝導性セラミック保護層２０２を含む第１積層体２００ａを得る。前記積層過程に対しては、前記第１実施例で上述した通りである。
次に、図７を参照すると、一対の第２伝導性セラミックシート２０３ａ、２０３ｂの間に前記図６で得られた第１積層体２００ａを位置させる。
この際、前記第２伝導性セラミックシート２０３ａ、２０３ｂは、前記第１伝導性セラミックシート２０２ａ、２０２ｂと同一の方法によって製作されたシートを用いることができる。
但し、実際の適用目的によって、第１伝導性セラミックシート２０２ａ、２０２ｂと第２伝導性セラミックシート２０３ａ、２０３ｂの構成材料を異にして適用することが、通常的である。例えば、前記第１伝導性セラミックシート２０２ａ、２０２ｂがＣｏ−Ｍｎ系スピネル化合物を含むように製作し、前記第２伝導性セラミックシート２０３ａ、２０３ｂがペロブスカイト化合物を含むように製作して用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。
次に、図８を参照すると、上述のように第１積層体２００ａの両面に位置された一対の第２伝導性セラミックシート２０３ａ、２０３ｂを積層して、金属基板２０１と、前記金属基板２０１をくるむ第１伝導性セラミック保護層２０２と、前記第１伝導性セラミック保護層２０２をくるむ第２伝導性セラミック保護層２０３とを含む集電材２００を製作することができる。前記積層過程は、上述した通りである。
追加的に、上述したように第１伝導性セラミック保護層２０２と第２伝導性セラミックシート２０３ａ、２０３ｂとの接合が完了すると、例えば、熱処理用ファーネス（Ｆｕｒｎａｃｅ）で通常の脱脂及び焼成過程を通じて緻密な膜を形成することができる。
本第２実施例では２対のセラミックシートを適用する場合のみを例示的に説明したが、当業者であれば上述した方法によって３対以上のセラミックシートを適用して集電材を製作することが可能であることを十分に認識することができるであろう。
また、多層セラミック保護層の形成時、各保護層の形成過程での個別的な脱脂及び焼成工程を省略し、最外層の保護層の形成後に一度に脱脂及び焼成工程を遂行することができる。
（固体酸化物燃料電池）
本発明の好ましい一実施形態による固体酸化物燃料電池は、金属基板と前記金属基板をくるむ伝導性セラミック保護層を含んで、前記セラミック保護層が一対のセラミックシートの間に前記金属基板を位置させて積層して形成される集電材を含む。
本発明の好ましい一実施形態による固体酸化物燃料電池は、金属基板と前記金属基板をくるむ伝導性セラミック保護層を含んで、前記セラミック保護層が一対のセラミックシートの間に前記金属基板を位置させて積層して形成される集電材を含む。
前記集電材は、燃料電池のバンドル及びスタック製作時に単位電池間の連結及び発生された電気の集電時または全体発展システムで発生された電気の集電のために用いられる金属集電材であり、伝導性の耐酸化保護層を有する。本発明で採用される集電材の構造及びその製造方法に対しては、上述の通りである。
その他、固体酸化物燃料電池の構成は、当業界で公知された通常の構成が制限されずに適用可能である。
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による固体酸化物燃料電池用集電材、その製造方法及びこれを用いた固体酸化物燃料電池は、これに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至変更は、いずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
本発明は、固体酸化物燃料電池用集電材、その製造方法及びこれを用いた固体酸化物燃料電池に適用可能である。
１００ 固体酸化物燃料電池用集電材
１０１ 金属基板
１０２ 伝導性セラミック保護層
１０２ａ、１０２ｂ 伝導性セラミックシート
２００ 固体酸化物燃料電池用集電材
２０１ 金属基板
２０２ 第１伝導性セラミック保護層
２０２ａ、２０２ｂ 第１伝導性セラミックシート
２０３ 第２伝導性セラミック保護層
２０３ａ、２０３ｂ 第２伝導性セラミックシート
１０１ 金属基板
１０２ 伝導性セラミック保護層
１０２ａ、１０２ｂ 伝導性セラミックシート
２００ 固体酸化物燃料電池用集電材
２０１ 金属基板
２０２ 第１伝導性セラミック保護層
２０２ａ、２０２ｂ 第１伝導性セラミックシート
２０３ 第２伝導性セラミック保護層
２０３ａ、２０３ｂ 第２伝導性セラミックシート
Claims (19)
- 金属基板；及び
前記金属基板をくるむ伝導性セラミック保護層；
を含んで、
前記セラミック保護層が一対のセラミックシートの間に前記金属基板を位置させて積層して形成される固体酸化物燃料電池用集電材。 - 前記セラミック保護層は、前記金属基板をくるむ第１伝導性セラミック保護層と前記第１伝導性セラミック保護層をくるむ第２伝導性セラミック保護層を含む請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用集電材。
- 前記金属基板は、チタン、ステンレス鋼、銅、ニッケル、鉄またはこれらの合金からなった群から選択される金属を含む請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用集電材。
- 前記セラミック保護層はＣｏ−Ｍｎ系スピネル化合物、ペロブスカイト化合物またはこれらの組合せを含む請求項１に記載の固体酸化物燃料電池用集電材。
- 前記第１伝導性セラミック保護層はＣｏ−Ｍｎ系スピネル化合物を含んで、前記第２伝導性セラミック保護層はペロブスカイト化合物を含む請求項２に記載の固体酸化物燃料電池用集電材。
- 金属基板を準備する段階；
一対の第１伝導性セラミックシートを準備する段階；及び
前記一対の第１伝導性セラミックシートの間に前記基板を位置させて積層して第１積層体を得る段階；
を含む固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法。 - 前記第１伝導性セラミックシートを積層して第１積層体を得る段階の後、
一対の第２伝導性セラミックシートを準備する段階；及び
前記一対の第２伝導性セラミックシートの間に前記第１積層体を位置させて積層して第２積層体を得る段階；
をさらに含む請求項６に記載の固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法。 - 前記第１積層体を得る段階の後、
前記第１積層体を脱脂及び焼成する段階をさらに含む請求項６に記載の固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法。 - 前記第２積層体を得る段階の後、
前記第２積層体を脱脂及び焼成する段階をさらに含む請求項７に記載の固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法。 - 前記第１伝導性セラミックシートはテープキャスティング法によって形成される請求項６に記載の固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法。
- 前記第２伝導性セラミックシートはテープキャスティング法によって形成される請求項７に記載の固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法。
- 前記金属基板は、チタン、ステンレス鋼、銅、ニッケル、鉄またはこれらの合金からなった群から選択される金属を含む請求項６に記載の固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法。
- 前記第１伝導性セラミックシートはＣｏ−Ｍｎ系スピネル化合物、ペロブスカイト化合物またはこれらの組合せを含む請求項６に記載の固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法。
- 前記第１伝導性セラミックシートはＣｏ−Ｍｎ系スピネル化合物を含んで、前記第２伝導性セラミックシートはペロブスカイト化合物を含む請求項７に記載の固体酸化物燃料電池用集電材の製造方法。
- 金属基板と前記金属基板をくるむセラミック保護層を含んで、前記セラミック保護層が一対のセラミックシートの間に前記金属基板を位置させて積層して形成される集電材を含む固体酸化物燃料電池。
- 前記セラミック保護層は、前記金属基板をくるむ第１伝導性セラミック保護層と前記第１伝導性セラミック保護層をくるむ第２伝導性セラミック保護層を含む請求項１５に記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記金属基板は、チタン、ステンレス鋼、銅、ニッケル、鉄またはこれらの合金からなった群から選択される請求項１５に記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記セラミック保護層はＣｏ−Ｍｎ系スピネル化合物、ペロブスカイト化合物またはこれらの組合せを含む請求項１５に記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記第１伝導性セラミック保護層はＣｏ−Ｍｎ系スピネル化合物を含んで、前記第２伝導性セラミック保護層はペロブスカイト化合物を含む請求項１６に記載の固体酸化物燃料電池。
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