JP2012209187A - 固体酸化物形燃料電池用電解質シート - Google Patents
固体酸化物形燃料電池用電解質シート Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012209187A JP2012209187A JP2011075233A JP2011075233A JP2012209187A JP 2012209187 A JP2012209187 A JP 2012209187A JP 2011075233 A JP2011075233 A JP 2011075233A JP 2011075233 A JP2011075233 A JP 2011075233A JP 2012209187 A JP2012209187 A JP 2012209187A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte sheet
- sheet
- thickness
- zirconia
- air electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【解決手段】本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シート1は、空気極が配置される第1面11と、燃料極が配置される第2面12とを備える。第1面11は、空気極が配置される空気極配置部13と、シール材が配置されるシール材配置部14とを含む。第2面12は、燃料極が配置される燃料極配置部15と、シール材が配置されるシール材配置部16とを含む。空気極配置部13と燃料極配置部15とは、電解質シート1の厚さ方向から見た場合に、互いに重なり合う領域Aを含む。第1面11のシール材配置部14と第2面12のシール材配置部16とは、電解質シート1の厚さ方向から見た場合に、互いに重なり合う領域Bを含む。電解質シート1の領域Bに相当する部分の平均厚さTbは、電解質シート1の領域Aに相当する部分の平均厚さTaよりも小さい。
【選択図】図1
Description
前記第1面は、前記空気極が配置される空気極配置部と、シール材が配置されるシール材配置部と、を含み、
前記第2面は、前記燃料極が配置される燃料極配置部と、シール材が配置されるシール材配置部と、を含み、
前記空気極配置部と前記燃料極配置部とは、前記電解質シートの厚さ方向から見た場合に、互いに重なり合う領域Aを含み、
前記第1面の前記シール材配置部と前記第2面の前記シール材配置部とは、前記電解質シートの厚さ方向から見た場合に、互いに重なり合う領域Bを含み、
前記電解質シートの前記領域Bに相当する部分の平均厚さTbは、前記電解質シートの前記領域Aに相当する部分の平均厚さTaよりも小さい。
<酸化イットリウム安定化ジルコニアグリーンシートの製造>
8モル%酸化イットリウム安定化ジルコニア粉末(第一稀元素化学工業株式会社製、商品名「HSY−8」、平均粒子径:0.4μm、比表面積:8.5m2/g)100質量部、溶媒であるトルエン/イソプロパノール混合液(トルエン/イソプロパノール質量比=3/2)50質量部、および分散剤であるソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤2質量部からなる混合物を、ボールミルを用いて粉砕しつつ混合した。当該混合物へ、バインダーとしてメタクリレート系共重合体(数平均分子量:100,000、ガラス転位温度:−8℃、固形分濃度:50質量%)を固形分換算で18質量部と、可塑剤としてジブチルフタレート3質量部を添加し、さらにボールミルにより混合してスラリーとした。得られたスラリーを、碇型の攪拌機を備えたジャケット付丸底円筒型減圧脱泡容器へ移し、攪拌機を30rpmの速度で回転させながら、ジャケット温度40℃として減圧下(約4〜21kPa)で濃縮脱泡し、25℃での粘度を4Pa・sに調整し、塗工用スラリーとした。この塗工用スラリーを塗工装置のスラリーダムに移し、ダイコーター法およびドクターブレード法によりポリエチレンテレフタレートフィルム上に所定の厚さに塗工し、塗工部に続く乾燥機(50℃、80℃、110℃の3ゾーンを有する乾燥機)中を0.2m/分の速度で通過させて乾燥させた。これにより、幅約150mmで、厚さが約25μmと約260μmの長尺グリーンテープをそれぞれ得た。
厚さが約25μmのグリーンテープについては、125mm角および117mm角になるようにトムソン刃が配置された打ち抜き型を用いて切断して、117mm角のグリーンシートと、外形が125mm角で内形が117mm角である、幅4mmのロの字型グリーンシートとを得た。また、厚さが約260μmのグリーンテープについては、125mm角になるようにトムソン刃が配置された打ち抜き型を用いて切断して、125mm角のグリーンシートを得た。
次いで、125mm角で厚さが約260μmのグリーンシートの上下に、117mm角で厚さが約25μmのグリーンシートを、それぞれの中心が略一致し、かつ、約260mm厚グリーンシートの周縁から4mm幅の領域が約25μm厚グリーンシートと重ならないように載置した。その後、圧縮成形機(神藤金属工業所製、型式「S−37.5」)により加圧処理を行い、20組のグリーンシート3層積層体を作製した。なお、加圧処理は、加圧温度55℃、プレス圧273N、加圧保持時間60秒の条件で行われた。
上記のロの字型グリーンシートの一方の面に、融着防止用としてアクリル樹脂製の球状微粒子(日本触媒社製、粒子径:2μm、製品名「エポスター(登録商標)MA」)を均一に散布した。
320mm角のアルミナ棚板上に、140mm角のアルミナスペーサ(気孔率が60%)を4枚載置した。それぞれのスペーサ上に、上記球状微粒子が散布されたロの字型グリーンシートを、周縁部タレ防止の目的で載せた。このロの字型グリーンシートの内部に、上記グリーンシート3層積層体の下部に位置する25μm厚グリーンシートをはめ込んだ。さらに、グリーンシート3層積層体の上部に位置する約25μm厚グリーンシートの上に、上記アルミナスペーサを載置した。
上記のようにグリーンシート3層積層体がセットされたアルミナ棚板を5枚準備した。すなわち、アルミナ棚板上に載置された、合計20組のグリーンシート3層積層体が準備された。これらを、バッチ式焼成炉で、大気雰囲気下、1420℃で3時間焼成した。その結果、20枚の8モル%酸化イットリウム安定化ジルコニアシートが得られた。
上記の方法で得られた20枚のジルコニアシートについて、周縁部の任意の4ケ所の厚さと、中央部の任意の4箇所の厚さとを、U字形マイクロメータ(株式会社ミツトヨ製)で測定し、その平均値を算出した。なお、周縁部はガス漏れを抑制するためのシール材が配置されるシール材配置部であり、中央部は空気極が配置される第1面(空気極配置部)と燃料極が配置される第2面(燃料極配置部)となる。結果を表1に示す。
実施例1の厚さ約25μmのグリーンシートと同様にして、厚さ約17μm、約38μm、約48μmおよび約63μmで、117mm角のグリーンシートと、外形が125mm角で内形が117mm角である幅4mmのロの字型グリーンシートとを、それぞれ準備した。また、実施例1の厚さ約260μmのグリーンシートと同様にして、125mm角のグリーンシートを、厚さ約200μm、約220μm、約240μmおよび約280μmでそれぞれ作製した。
実施例1の厚さ約25μmのグリーンシートと同様にして、厚さ約13μmおよび約79μmで、117mm角のグリーンシートと、外形が125mm角で内形が117mm角である幅4mmのロの字型グリーンシートとを、それぞれ準備した。また、実施例1の厚さ約260μmのグリーンシートと同様にして、125mm角のグリーンシートを、厚さ約300μmおよび約170μmでそれぞれ作製した。
実施例1の厚さ約260μmのグリーンシートと同様にして、125mm角のグリーンシートを厚さ約320μmで作製した。このグリーンシートを、他のグリーンシートと積層せずに、実施例1と同様の方法で焼成して、20枚の8モル%酸化イットリウム安定化ジルコニアシートを得た。得られたジルコニアシートは、全体の厚さがほぼ一定のシートであった。そのため、中央部の任意の4箇所の厚さのみを実施例1と同様の方法で測定し、その平均値を算出した。結果を表1に示す。
実施例1〜8および比較例1で得た各ジルコニアシートと、シール材および金属セパレータとを配置して電気炉中に入れて950℃に加熱して、図3の単セルスタック発電試験装置のように、ジルコニアシート1の周縁部領域と、燃料極側金属セパレータ6および空気極側金属セパレータ10とを接合し、各SOFC単セルスタックを作製した。
用いたシール材は、シリカ−アルミナ−酸化カリウム系ガラスのシート成形体であった。このシート成形体は、組成SiO2(50質量%)−Al2O3(18質量%)−K2O(12質量%)−ZnO(12質量%)−Na2O(8質量%)からなる平均粒径20μmのガラス粉体をPVA水溶液に混合して得たスラリーを用い、ドクターブレード法によりシート状に成形したものである。本ガラスの熱膨張係数は10.3×10-6/K、軟化点は885℃であった。
電気炉中の上記各SOFC単セルスタックの燃料ガス導入管7aと燃料ガス排出管7bとを燃料ガス流通系に、空気導入管8aと空気排出管8bとを空気流通系に接続して、温度を200℃/hrの速度で上げた。所定の温度に達した時点から燃料ガス流通系と空気流通系の両方に空気を導入しながら1時間保持した後、200℃/hrの速度で降温し、200℃より低い温度へは12時間かけて炉冷した。この単位を1熱サイクルとし、繰返し実施した。導入空気流量はそれぞれ2NLM(Normal Liter per Minute)であり、1熱サイクル後および10熱サイクル後の燃料極側排出空気流量と空気極側排出空気流量とを測定し、ガスリーク率を算出した。結果を表1に示す。
実施例1および7で得られたジルコニアシートと、比較例1で得られたジルコニアシートとについて、セル発電性能試験を行った。
各ジルコニアシートの両面に、それぞれ燃料極と空気極とを形成して、SOFC用セルを作製した。詳しくは、ジルコニアシート片面の中央部(周縁部の厚さが薄くなっている箇所を除く領域)に、塩基性炭酸ニッケルを熱分解して得た酸化ニッケル粉末(d50(メジアン径):0.9μm)70質量部、セリア粒子15質量部(市販の20モル%ガドリニウムドープセリア粉末)およびジルコニア粒子(市販の8モル%酸化イットリウム安定化ジルコニア粉末)15質量部からなる燃料極ペーストを、スクリーン印刷により塗布した。電解質シートのその反対面も同様に、その中央部領域に、20モル%サマリウムドープセリアからなる中間層ペーストを、スクリーン印刷により塗布した。これを1300℃で焼き付けて、電解質シートに燃料極と中間層とを形成した。
次いで、中間層の上に、市販のストロンチウムドープドランタン鉄コバルテート(La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3)粉末80質量部と、市販の20モル%ガドリニウムドープセリア粉末20質量部とからなる空気極ペーストを、スクリーン印刷によって塗布した。これを1000℃で焼き付けて、4層構造のセルとした。
上記4層構造のセルを使用し、図3に示す単セルスタック発電試験装置を用いて750℃で連続発電試験を行い、I−Vカーブを測定した。なお、燃料ガスとしては3%加湿水素、酸化剤としては空気を使用した。また、電流測定装置には、アドバンテスト社製の商品名「R8240」を用いた。電流電圧発生装置には、同じくアドバンテスト社製の商品名「R6240」を用いた。発電試験開始時と200時間後の最大出力密度(W/cm2)とを求め、その低下率を算出した。結果を表1に示す。なお、図3において、1は電解質シート、2は燃料極、3は空気極、4は単セル、5は燃料ガスシール部、6は燃料極側金属セパレータ、7aは燃料ガス導入管、7bは燃料ガス排出管、8aは空気導入管、8b空気排出管、9は空気シール部、および、10は空気極側金属セパレータを、それぞれ示す。
2 燃料極
3 空気極
4 単セル
5 燃料ガスシール部
6 燃料極側金属セパレータ
7a 燃料ガス導入管
7b 燃料ガス排出管
8a 空気導入管
8b 空気排出管
9 空気シール部
10 空気極側金属セパレータ
11 第1面
12 第2面
13 空気極配置部
14 シール材配置部
15 燃料極配置部
16 シール材配置部
Claims (5)
- 空気極が配置される第1面と、燃料極が配置される第2面とを備えた、固体酸化物形燃料電池用電解質シートであって、
前記第1面は、前記空気極が配置される空気極配置部と、シール材が配置されるシール材配置部と、を含み、
前記第2面は、前記燃料極が配置される燃料極配置部と、シール材が配置されるシール材配置部と、を含み、
前記空気極配置部と前記燃料極配置部とは、前記電解質シートの厚さ方向から見た場合に、互いに重なり合う領域Aを含み、
前記第1面の前記シール材配置部と前記第2面の前記シール材配置部とは、前記電解質シートの厚さ方向から見た場合に、互いに重なり合う領域Bを含み、
前記電解質シートの前記領域Bに相当する部分の平均厚さTbは、前記電解質シートの前記領域Aに相当する部分の平均厚さTaよりも小さい、
固体酸化物形燃料電池用電解質シート。 - 前記平均厚さTbは、前記平均厚さTaの60〜90%である、
請求項1に記載の電解質シート。 - 前記第1面は、前記空気極配置部と前記シール材配置部との間に形成される段差を有しており、かつ、前記第2面は平面である、
請求項1又は2に記載の電解質シート。 - 前記第2面は、前記燃料極配置部と前記シール材配置部との間に形成される段差を有しており、かつ、前記第1面は平面である、
請求項1又は2に記載の電解質シート。 - 前記第1面は、前記空気極配置部と前記シール材配置部との間に形成される段差を有しており、かつ、前記第2面は、前記燃料極配置部と前記シール材配置部との間に形成される段差を有している、
請求項1又は2に記載の電解質シート。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011075233A JP5554740B2 (ja) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011075233A JP5554740B2 (ja) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012209187A true JP2012209187A (ja) | 2012-10-25 |
JP5554740B2 JP5554740B2 (ja) | 2014-07-23 |
Family
ID=47188750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011075233A Active JP5554740B2 (ja) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5554740B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018152299A (ja) * | 2017-03-14 | 2018-09-27 | 株式会社日本触媒 | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート用のグリーンシートの製造方法、固体酸化物形燃料電池用の電解質シートの製造方法、及び、固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10116624A (ja) * | 1996-10-15 | 1998-05-06 | Fujikura Ltd | 固体電解質型燃料電池とその製造方法 |
JP2004039574A (ja) * | 2002-07-05 | 2004-02-05 | Tokyo Gas Co Ltd | 低温作動固体酸化物形燃料電池用シール材 |
JP2006236980A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | General Electric Co <Ge> | 固体電解質型燃料電池のシール方法 |
JP2007149547A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 固体酸化物型燃料電池及びその製造方法 |
JP2010055951A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Toshiba Corp | シール材およびそれを用いた電気化学装置 |
JP2010512626A (ja) * | 2006-12-11 | 2010-04-22 | スタクセラ・ゲーエムベーハー | 燃料電池スタックおよび燃料電池スタック用シール、ならびにその製造方法 |
US20110229786A1 (en) * | 2008-10-30 | 2011-09-22 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt | Electrolyte plate with increased rigidity, and electrochemical system comprising such an electrolyte plate |
-
2011
- 2011-03-30 JP JP2011075233A patent/JP5554740B2/ja active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10116624A (ja) * | 1996-10-15 | 1998-05-06 | Fujikura Ltd | 固体電解質型燃料電池とその製造方法 |
JP2004039574A (ja) * | 2002-07-05 | 2004-02-05 | Tokyo Gas Co Ltd | 低温作動固体酸化物形燃料電池用シール材 |
JP2006236980A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | General Electric Co <Ge> | 固体電解質型燃料電池のシール方法 |
JP2007149547A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 固体酸化物型燃料電池及びその製造方法 |
JP2010512626A (ja) * | 2006-12-11 | 2010-04-22 | スタクセラ・ゲーエムベーハー | 燃料電池スタックおよび燃料電池スタック用シール、ならびにその製造方法 |
JP2010055951A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Toshiba Corp | シール材およびそれを用いた電気化学装置 |
US20110229786A1 (en) * | 2008-10-30 | 2011-09-22 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt | Electrolyte plate with increased rigidity, and electrochemical system comprising such an electrolyte plate |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018152299A (ja) * | 2017-03-14 | 2018-09-27 | 株式会社日本触媒 | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート用のグリーンシートの製造方法、固体酸化物形燃料電池用の電解質シートの製造方法、及び、固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5554740B2 (ja) | 2014-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4795949B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用燃料極材料およびそれを用いた燃料極、並びに燃料電池セル | |
JP4833376B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用電解質シートおよびその製造方法、並びに、固体酸化物形燃料電池用単セルおよび固体酸化物形燃料電池 | |
JP2009104990A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用電解質シートの製造方法および電解質シート | |
JP2017191786A (ja) | セルおよびセルスタック装置並びに電気化学モジュール、電気化学装置 | |
KR101866852B1 (ko) | 셀, 셀 스택 장치, 모듈 및 모듈 수용 장치 | |
JP2014191944A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用薄膜電解質シート | |
JP5484155B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用電解質シートおよびその製造方法、並びにそれを用いた固体酸化物形燃料電池用セル。 | |
JP2006104058A (ja) | セラミックシート | |
JP5554740B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート | |
KR101809789B1 (ko) | 치밀도가 향상된 무기 전해질막의 제조방법, 이를 위한 무기 전해질막 제조용 조성물 및 이를 통해 제조된 무기 전해질막 | |
JP2007323899A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート及びその製法 | |
WO2015046002A1 (ja) | 燃料電池用アノードおよびこれを用いた燃料電池単セル | |
JP5571648B2 (ja) | ジルコニアシート | |
JP5797050B2 (ja) | セラミックシートの製造方法 | |
JP2016207384A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用セラミックスグリーン積層体を製造する方法、固体酸化物形燃料電池用ハーフセルを製造する方法、固体酸化物形燃料電池用単セルを製造する方法、固体酸化物形燃料電池用セラミックスグリーン積層体、固体酸化物形燃料電池用ハーフセル、及び固体酸化物形燃料電池用単セル | |
KR101977856B1 (ko) | 고체산화물 연료전지용 실링재, 이를 포함하는 고체산화물 연료전지, 상기 고체산화물 연료전지를 포함하는 전지모듈 및 고체산화물 연료전지용 실링재의 제조방법 | |
JP2014071935A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用電解質支持型セル、並びに、それに用いられる電解質シート及びそれを備えた固体酸化物形燃料電池 | |
KR101346205B1 (ko) | 고체전해질 연료전지용 공기극의 형성방법 | |
KR102100257B1 (ko) | 고강도 프레임이 적용된 고체산화물연료전지용 평판형 단전지 | |
JP2016072214A (ja) | 固体酸化物形燃料電池セルスタック | |
JP2013077395A (ja) | アノード基板、固体酸化物形燃料電池及びアノード基板の製造方法 | |
JP2005259490A (ja) | 固体電解質型燃料電池スタック、および固体電解質型燃料電池 | |
JP2012212563A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用電解質シート、並びにそれを用いた固体酸化物形燃料電池用単セル | |
JP2015056364A (ja) | 燃料電池単セルおよびその製造方法 | |
JP2013208876A (ja) | セラミックシートの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131119 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140508 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140520 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140529 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5554740 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |